Una cellula solare (anche nota come cellula fotovoltaica o cellula PV) è definita come un dispositivo elettrico che converte l'energia luminosa in energia elettrica attraverso l'effetto fotovoltaico. Una cellula solare è fondamentalmente una diodo giunzione p-n. Le celle solari sono una forma di cella fotoelettrica, definita come un dispositivo le cui caratteristiche elettriche – come corrente, tensione o resistenza – variano quando esposte alla luce.
Le singole celle solari possono essere combinate per formare moduli comunemente noti come pannelli solari. La comune cella solare a giunzione singola di silicio può produrre una tensione aperta massima di circa 0,5-0,6 volt. Da sola, questa non è molto – ma ricorda che queste celle solari sono piccole. Quando combinate in un grande pannello solare, possono essere generate considerevoli quantità di energia rinnovabile.
Una cellula solare è fondamentalmente un diodo a giunzione, sebbene la sua costruzione sia leggermente diversa dai diodi a giunzione p-n convenzionali. Un sottilissimo strato di semiconduttore tipo p viene fatto crescere su uno strato relativamente più spesso di semiconduttore tipo n. Applichiamo poi alcuni elettrodi più fini sulla parte superiore dello strato di semiconduttore tipo p.
Questi elettrodi non ostruiscono la luce che deve raggiungere lo strato sottile di tipo p. Proprio sotto lo strato di tipo p c'è una giunzione p-n. Forniamo anche un elettrodo di raccolta della corrente nella parte inferiore dello strato di tipo n. Incapsuliamo l'intero insieme con vetro sottile per proteggere la cellula solare da eventuali urti meccanici.
Quando la luce raggiunge la giunzione p-n, i fotoni di luce possono facilmente entrare nella giunzione, attraverso lo strato molto sottile di tipo p. L'energia luminosa, sotto forma di fotoni, fornisce all'ingresso dell'energia sufficiente per creare un certo numero di coppie elettrone-buco. La luce incidente rompe la condizione di equilibrio termico della giunzione. Gli elettroni liberi nella regione di deplezione possono rapidamente passare al lato n della giunzione.
Analogamente, i buchi nella regione di deplezione possono rapidamente passare al lato p della giunzione. Una volta che gli elettroni liberi appena creati arrivano al lato n, non possono oltrepassare ulteriormente la giunzione a causa del potenziale barriera della giunzione.
Analogamente, i buchi appena creati una volta arrivati al lato p non possono oltrepassare ulteriormente la giunzione a causa dello stesso potenziale barriera della giunzione. Poiché la concentrazione degli elettroni diventa maggiore su un lato, cioè il lato n della giunzione, e la concentrazione dei buchi diventa maggiore sull'altro lato, cioè il lato p della giunzione, la giunzione p-n si comporterà come una piccola cella batteria. Si stabilisce una tensione nota come fototensione. Se collegassimo un piccolo carico attraverso la giunzione, ci sarebbe una piccola corrente che fluisce attraverso di essa.
I materiali utilizzati per questo scopo devono avere un gap di banda vicino a 1,5 eV. I materiali comunemente utilizzati sono:
Silicio.
GaAs.
CdTe.
CuInSe2
Deve avere un gap di banda compreso tra 1 e 1,8 eV.
Deve avere un'alta assorbimento ottico.
Deve avere un'alta conducibilità elettrica.
Il materiale grezzo deve essere disponibile in abbondanza e il costo del materiale deve essere basso.
Non è associata alcuna inquinamento.
Deve durare a lungo.
Nessun costo di manutenzione.
Ha un alto costo di installazione.
Ha un'efficienza bassa.
Durante i giorni nuvolosi, l'energia non può essere prodotta e anche di notte non otterremo energia solare.
Può essere utilizzato per caricare le batterie.
Utilizzato nei misuratori di luce.
Viene utilizzato per alimentare calcolatrici e orologi da polso.
Può essere utilizzato negli spazi veicolari per fornire energia elettrica.
Conclusione: Anche se la cellula solare ha alcuni svantaggi associati, questi sono destinati a essere superati con l'avanzamento della tecnologia. Poiché la tecnologia sta avanzando, il costo delle lastre solari, così come il costo di installazione, diminuiranno, in modo che tutti possano permettersi di installare il sistema. Inoltre, il governo sta mettendo particolare enfasi sull'energia solare, quindi dopo qualche anno ci si può aspettare che ogni abitazione e anche ogni sistema elettrico sia alimentato da energia solare o da fonti rinnovabili.
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