Cellule Fotovoltaiche

L'effetto fotovoltaico e' un fenomeno veramente affascinante e si identifica nella conversione della luce in energia elettrica. Analogamente a quanto individuato da Alessandro Volta attraverso l'effetto termico, per il quale, riscaldando la giunzione di due metalli di natura diversa, sui terminali liberi di questi veniva a generarsi una differenza di potenziale, con l'evidente risultato di una mutazione di energia da termica ad elettrica.
Anche l'effetto fotovoltaico sfrutta una giunzione, quella di due semiconduttori, di cui uno di tipo N, l'altro di tipo P. Che è poi la stessa giunzione utilizzata nella realizzazione dei diodi, dei transistor e dei circuiti integrati e che, nel venire colpita dalla luce, dà origine ad una differenza di potenziale, che è proporzionale al numero di fotoni che raggiungono la zona in cui le due superfici dei semiconduttori si congiungono e che viene chiamata "depletion region".
Praticamente, tutti i diodi ed i transistor bipolari, dotati di due giunzioni e che possono essere immaginati come due diodi collegati. in "antiserie". quando sono investiti dalla luce possono generare la tensione fotovoltaica. Per tale motivo, infatti, allo scopo di impedire che la luce possa raggiungere le giunzioni ed alterare il corretto funzionamento dei semiconduttori, l'industria provvede ad inserirli in custodie opache, assolutamente inaccessibili alla luce artificiale o naturale che sia.
Oggi, il processo fisico è stato ampiamente individuato e sfruttato in numerose, moderne applicazioni elettroniche e ci si può rendersene conto, sperimentando il fenomeno con un diodo al germanio o led nel modo suggerito in figura 1.

Fig. 1 - misura dell'effetto fotovoltaico su un diodo  al germanio o led colpito dalla luce

  Anche se l'energia prodotta è minima e la corrente segnalata dallo strumento è irrisoria, dell'ordine di alcuni microampere. Ma se la tensione generata dalla giunzione è debole, ciò è da attribuirsi principalmente alla ridottissima area di questa, la cui funzione è diversa da quella della promozione dell'effetto fotovoltaico. Tuttavia, quando una giunzione viene appositamente costruita per un'ampia esposizione alla luce, allora la tensione può raggiungere il valore di 0,5 V ed anche 0,9 V, a seconda dei materiali componenti e della estensione superficiale, che si misura in centimetri quadrati. Dunque, nel rispetto di queste condizioni, l'industria ha prodotto e produce degli elementi, chiamati appunto cellule fotovoltaiche, dalle quali si possono derivare quantità di energia elettrica sufficienti ad alimentare piccoli apparati elettrici ed elettronici. Se poi questi componenti vengono opportunamente collegati in gran numero fra loro, come verrà detto più avanti, allora le tensioni e le correnti vengono considerevolmente esaltate, al punto di alimentare apparecchiature di bordo e motori di mezzi mobili, su natanti, autovetture, satelliti spaziali ed astronavi (figura 2).