Qual è l'effetto fotovoltaico?
L'effetto fotovoltaico è il processo mediante il quale viene creata la corrente elettrica sotto forma di tensione quando la radiazione elettromagnetica viene esposta a un determinato materiale. Usando le celle solari, l'effetto fotovoltaico si verifica quando lunghezze d'onda molto brevi della luce solare colpiscono la materia e gli elettroni si eccitano. La radiazione elettromagnetica viene emessa dal pannello solare e raccolta da un altro materiale. Questa espulsione di elettroni provoca l'accumulo di tensione creando energia che può essere immagazzinata in una cella della batteria per un uso successivo. Due elettrodi vengono utilizzati per raccogliere la tensione, che può essere trasferita nella rete elettrica.
Diversi tipi di radiazione elettromagnetica causano diversi livelli di esposizione nelle celle solari a causa della frequenza. La luce visibile crea l'effetto fotovoltaico quando colpisce i metalli alcalini, la luce ultravioletta lo crea in altri metalli, con estrema luce ultravioletta utilizzata per i non metalli. Questo concetto fu osservato per la prima volta nel 1902 da Philipp Eduard Anton von Lenard quando scoprì che diversi colori di luce, noti anche come frequenza, emettono diversi livelli di elettroni. In precedenza, la teoria ondulatoria della luce di James Clerk Maxwell affermava che l'intensità della radiazione avrebbe creato energia elettronica proporzionale. Questa nuova teoria ha spiegato che i fotoni erano responsabili della creazione dell'espulsione di elettroni e funzionavano come singole particelle anziché come onde costanti.
Il fisico AE Becquerel ha riconosciuto il concetto dell'effetto fotovoltaico della luce solare nel 1839, ma la sua comprensione era limitata. Nel 1883, Charles Fritts costruì la prima cella solare, usando un semiconduttore di selenio rivestito in un sottile strato d'oro. Questo primo utilizzo di una cella solare era efficiente solo all'uno per cento. Fu solo nel 1954 che Bell Laboratories sviluppò un modo pratico per sfruttare l'energia solare.
Il modo in cui l'effetto fotovoltaico viene sfruttato usando le celle solari è molto semplice. In sostanza, i fotoni della luce solare hanno un impatto sul pannello solare e vengono assorbiti dal materiale. Gli elettroni caricati negativamente all'interno del materiale vengono eliminati dagli atomi, che quindi producono elettricità. Questa situazione viene controllata consentendo agli elettroni di muoversi in una sola direzione nel pannello, provocando un'azione inversa in cui le particelle cariche positivamente scorrono nella direzione opposta. Con entrambe queste azioni, una reazione diretta dell'elettricità può essere sfruttata dalla reazione elettromagnetica.
L'effetto fotovoltaico è essenziale per una serie di processi nella vita moderna. Oltre alla creazione di energia per scopi generali, le celle solari sono essenziali per i veicoli spaziali utilizzati dalla NASA e da altre agenzie spaziali. Inoltre, i principi della tecnologia sono utilizzati nelle fotocamere digitali sotto forma di dispositivi accoppiati a carica nonché elettroscopi che identificano l'elettricità statica.