Cosa sono le celle solari al silicio?

Le celle solari sono dispositivi che convertono l'energia della luce in energia elettrica.Per funzionare correttamente, le celle devono essere coperte con un materiale a semiconduttore che può assorbire la luce.Le celle solari al silicio sono celle solari rivestite con silicio e sono il tipo più comune utilizzato.Queste celle sono collegate in serie chiamate moduli e i moduli sono interconnessi per formare un array che produce la tensione desiderata.Questi vengono quindi collocati in un contenitore protettivo dietro pannelli di vetro che dirigono la luce solare alle celle.

Quando la luce colpisce il pannello solare, i fotoni vengono assorbiti dal materiale a semiconduttore.Gli elettroni vengono sciolti e fluiscono attraverso il materiale che produce elettricità.Una serie di celle solari al silicio converte questa energia in elettricità a corrente continua (DC).In un sistema integrato, l'elettricità viene quindi immessa nella rete elettrica utilizzando gli inverter.I prodotti solari autonomi conservano l'elettricità nelle batterie.

Mentre il silicio è un elemento molto comune, di solito è legato in silice.Il silicio puro deve essere estratto dalla silice e quindi elaborato per aumentare la sua conducibilità.Il silicio puro è un scarso conduttore di elettricità, ma quando vengono aggiunte alcune impurità, in genere atomi di fosforo, diventa un conduttore eccellente.Questa elaborazione spende molta energia ed è responsabile dell'elevato costo delle celle solari al silicio.Le celle fabbricate tradizionalmente usano silicio a cristallo singolo in una forma di massa che viene tagliata in wafer.

Per aiutare a mitigare il costo, gli scienziati hanno sviluppato celle solari al silicio a film sottile.Questi usano solo circa l'uno per cento del silicio che una cella tradizionale userebbe, ma sfortunatamente sono molto meno efficienti.Sono state sviluppate cellule realizzate con più strati di film sottile che sono efficienti come le cellule tradizionali più costose e tuttavia mantengono i benefici di costi inferiore, peso più leggero e maggiore flessibilità.Le cellule di silicio a film sottile policristallino e amorfo sono opzioni aggiuntive a basso costo.

Un'altra sfida per gli scienziati è quella di trovare un modo per aumentare l'efficacia delle celle solari al silicio.La luce solare ha una vasta gamma di lunghezze d'onda contenenti fotoni con una vasta gamma di energie.Alcuni di questi sono troppo deboli o troppo forti per formare la coppia di buche elettroniche che deve essere catturata dal materiale a semiconduttore.La maggior parte delle cellule è efficiente solo al 15%, il che significa che catturano solo il 15% dell'energia elettrica disponibile alla luce solare che passa attraverso i pannelli.

Il lavoro viene svolto in tutto il mondo per trovare modi per aumentare l'efficienza e ridurre il costo del costocelle solari al silicio.Trovare modi per aumentare l'efficienza del film sottile, riducendo così notevolmente il costo, è una priorità di un progetto di ricerca finanziato dall'Unione europea.Una società in Giappone ha sviluppato celle solari al silicio per l'uso in più prodotti che hanno un'efficienza media del 25%.Boeing-Spectructolab, una società statunitense ha sviluppato una cella solare di silicio concentratore che ha un'efficienza del 40,7%. La ricerca e lo sviluppo di cavalle sono necessarie prima che l'energia solare diventi una fonte di energia primaria, ma questa è un'area che sta ricevendo attenzione e finanziamenti internazionali.Man mano che il costo diminuisce e l'efficienza migliora, l'energia solare può diventare molto più banale.Anche con queste sfide, le celle solari al silicio sono già utilizzate in una varietà di prodotti.Questi includono articoli di tutti i giorni come calcolatori, torce, caricabatterie telefonici, fontane e sistemi di acqua calda domestica e commerciale.