Celle fotovoltaiche in silicio

Il silicio è il materiale più utilizzato per la produzione fotovoltaica. L’articolo illustra le 3 principali categorie di celle che complessivamente rappresentano otre il 90% delle istallazioni fotovoltaiche a livello mondiale.

Il materiale più utilizzato per realizzare celle fotovoltaiche (FV) è il Silicio (Si). Il 26% in peso della crosta terrestre è rappresentato da Si, in natura reperibile sotto forma di sabbia.

Per ottenere Si occorre fondere la Silice attraverso un processo di carboriduzione e successiva purificazione (processo Siemens) che genera materiale più puro del necessario ma consuma molta energia elevando il costo finale.

A seconda del grado di purezza si distinguono 3 tipologie di cella.

Silicio Monocristallino (Si-M). Ottenuto mediante 2 differenti processi di lavorazione (Czocharlski di accrescimento da fuso o Floating Zone di purificazione fisica). In entrambi l’atmosfera esterna è sotto vuoto o a gas inerte per evitare ossidazione. Il risultato è una struttura cristallina regolare con elevato grado di purezza. L’efficienza di conversione è variabile dal 12 al 16% e occorrono 7 mq per installare 1 kwp. I lingotti di Si-M vengono tagliati in fette (wafer) dello spessore di 250 micron. Fette più sottili convertirebbero efficacemente la luce in energia elettrica ma sarebbero troppo fragili.

Silicio Policristallino (Si-P). Nasce dall’esigenza di diminuire i costi del Si-M, con lo svantaggio di perdite di efficienza dovute alla presenza dei bordi di grano ed impurezze e imperfezioni nel reticolo con conseguente maggiore ingombro (8/11 mq per 1Kwp).

Silicio Amorfo (Si-A). Diversamente dai precedenti, ha atomi aggregati secondo vincoli variabili con differenze nelle distanze interatomiche e negli angoli di legame. Il problema del Si-A è la bassa efficienza (7% nelle celle in commercio) che si riduce nel tempo del 50% con esposizione alla luce. Tuttavia maggiore è il coefficiente di assorbimento della radiazione solare (40 volte più del Si-M) consentendo di ottimizzare la resa di installazioni non ottimali in termini di orientamento. Applicando idrogeno sulla superficie si riducono le imperfezioni del cristallo del Si-A migliorando la conducibilità. 1 Kwp di Si-A occupa 14/20 mq.

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