In fisica l’effetto fotovoltaico è quel fenomeno che permette ai pannelli fotovoltaici di produrre energia elettrica tramite l’energia del sole. Facciamo chiarezza e formiano una definizione, un riassunto e una descrizione semplice di come funziona questo fenomeno fisico.
Spiegazione semplice
L’effetto fotovoltaico è l’effetto fisico che viene sfruttato dai pannelli solari per produrre energia quando vengono colpiti dalla luce del sole. Solo alcuni materiali riescono a trasformare la radiazione luminosa che catturano in energia e negli ultimi decenni si è familiarizzato con il termine effetto fotovoltaico proprio grazie alla diffusione dei pannelli solari fotovoltaici che permettono la produzione di energia elettrica sfruttando questo principio fisico.
Chi ha scoperto l’effetto fotovoltaico?
La capacità di alcuni materiali di trasformare la luce (radiazione elettromagnetica) incidente su particolari materiali metallici in energia fu prima osservata dallo studioso francese Alexandre-Edmond Becquerel nel 1839 e successivamente analizzata e studiata dal fisico Einstein che spiegò e teorizzò l’effetto fotoelettrico nel 1905. Proprio dall’effetto fotoelettrico deriva l’effetto fotovoltaico.
Cosa è l’effetto fotoelettrico?
La parola fotoelettrico è composta da foto (luce) ed elettrico e quindi in sintesi collega l’energia elettrica alla presenza di luce, energia luminosa, nel nostro caso fornita dai fotoni del sole.
Nel caso delle celle fotovoltaiche il materiale usato è il semiconduttore silicio (simbolo chimico Si) che deve essere contaminato con delle impurezze per dar luogo a silicio di tipo P quando contaminato o “drogato” con sostanze trivalenti quali il boro e l’alluminio, e silicio di tipo N quando contaminato con impurezze pentavalenti quali l’arsenico, il fosforo e l’antimonio.
La cella base fotovoltaica è formata dalla cosidetta giunzione P-N, cioè un cristallo di silicio che da un lato è prevalentemente drogato di tipo N e dall’altro di tipo P, così da ottenere una zona con prevalenza di elettroni e l’altra invece con assenza di elettroni e quindi prevalenza delle cariche fittizie positive chiamate anche lacune (o vacanza, o hole, buchi).
Quando la struttura di un cristallo a giunzione P-N di semiconduttore Silicio (monocristallino, policristallino o amorfo in origine e poi trattato con i droganti) viene colpito dalla luce del sole (radiazione elettromagnetica incidente) questa in parte viene riflessa, in parte si trasforma in calore,ma in parte è energia sufficiente per rompere legami nella struttura cristallina e produrre spostamento di carica (negativa elettroni e positiva lacune) al suo interno.
Tale fenomeno è in grado di generare una forza elettromotrice ai capi della giunzione PN dell’ordine di circa 0,5 – 0,6, V (cella fotovoltaica). Naturalmente nei moduli fotovoltaici per ottenere tensioni più elevate vengono sfruttati i collegamenti tipo serie o parallelo tra più celle elementari fotovoltaiche.
Schema effetto fotovoltaico
Il seguente schema sintetizza in modo semplice e schematico come funziona l’effetto fotovoltaico.
Image credit: traduzione da immagine di http://www.mrsolar.com/what-is-a-solar-panel/