Abc energia: celle fotovoltaiche in silicio

Scopriamo da dove viene e come funziona il silicio, il materiale più utilizzato per la realizzazione dei pannelli fotovoltaici.

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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