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 semiconduttore in grado di assorbire la luce. Le celle solari al silicio sono celle solari che sono rivestite con silicio e sono il tipo più comune usato. 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 verso le cellule.
Quando la luce colpisce il pannello solare, i fotoni vengono assorbiti dal materiale semiconduttore. Gli elettroni vengono liberati e fluiscono attraverso il materiale producendo elettricità. Una matrice di celle solari al silicio converte questa energia in elettricità a corrente continua (CC). In un sistema integrato, l'elettricità viene quindi immessa nella rete elettrica tramite inverter. I prodotti solari autonomi immagazzinano l'elettricità in batterie.
Mentre il silicio è un elemento molto comune, di solito è legato alla silice. Il silicio puro deve essere estratto dalla silice e quindi elaborato per aumentarne la conduttività. Il silicio puro è un cattivo conduttore di elettricità, ma quando vengono aggiunte alcune impurità, in genere atomi di fosforo, diventa un conduttore eccellente. Questa elaborazione consuma molta energia ed è responsabile dell'elevato costo delle celle solari al silicio. Le celle prodotte tradizionalmente usano silicio monocristallino in una forma sfusa che viene tagliata in wafer.
Per aiutare a mitigare i costi, gli scienziati hanno sviluppato celle solari al silicio a film sottile. Questi usano solo circa l'uno percento del silicio che una cellula tradizionale userebbe, ma sfortunatamente sono molto meno efficienti. Sono state sviluppate celle realizzate con più strati di film sottile che sono efficienti quanto le celle tradizionali più costose, pur mantenendo i vantaggi di un costo inferiore, un peso più leggero e una maggiore flessibilità. Le celle in silicio policristallino e amorfo a film sottile sono ulteriori opzioni a basso costo.
Un'altra sfida per gli scienziati è 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 elettrone-buco necessaria per essere catturata dal materiale semiconduttore. La maggior parte delle celle ha solo il 15% di efficienza, il che significa che catturano solo il 15% dell'energia elettrica disponibile alla luce solare che passa attraverso i pannelli.
Si sta lavorando in tutto il mondo per trovare modi per aumentare l'efficienza e ridurre il costo delle celle solari al silicio. Trovare modi per aumentare l'efficienza dei film sottili, riducendo così notevolmente i costi, è una priorità di un progetto di ricerca finanziato dall'Unione europea. Un'azienda in Giappone ha sviluppato celle solari al silicio per l'uso in più prodotti con un'efficienza media del 25%. Boeing-Spectrolab, una società statunitense ha sviluppato una cella solare al silicio concentratore con un'efficienza del 40,7%.
La ricerca e lo sviluppo di Mare sono necessari 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 i costi diminuiscono e l'efficienza migliora, l'energia solare può diventare molto più comune. Anche con queste sfide, le celle solari al silicio sono già utilizzate in una varietà di prodotti. Questi includono ogni giorno articoli come calcolatrici, torce elettriche, caricabatterie telefonici, fontane e sistemi di acqua calda per uso domestico e commerciale.