Tecnologie Fotovoltaiche

Dei molti materiali utilizzabili per la costruzione dei moduli fotovoltaici, il silicio è in assoluto il più utilizzato, per un miglior rapporto qualità, reperibilità, prezzo. Le tecnologie di realizzazione più comuni prevedono l’impiego di moduli cristallini, moduli a film sottile:

Silicio (Si)

Il silicio è l’elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo Si e come numero atomico il 14. Un semi metallo tetravalente, il Silicio è meno reattivo del suo analogo chimico, il carbonio. È il secondo elemento per abbondanza nella crosta terrestre dopo l’ossigeno, componendone il 27,7% del peso. Si trova in argilla, feldspato, granito, quarzo e sabbia, principalmente in forma di biossido di silicio, silicati e alluminosilicati (composti contenenti silicio, ossigeno e metalli). Il silicio è il componente principale di vetro, cemento, semiconduttori, ceramica e silicone.
I moduli cristallini si dividono in due sottogruppi, quelli in silicio monocristallino, in cui ogni cella è realizzata a partire da un wafer la cui struttura cristallina è omogenea (monocristallo), opportunamente drogato in modo da realizzare una giunzione p-n; e quelli in silicio policristallino, in cui il wafer di cui sopra non è strutturalmente omogeneo ma organizzato in grani localmente ordinati.
I moduli a film sottile sono costituiti da uno strato di elemento fotosensibile montato su modulo flessibile; i materiali normalmente impiegati sono:
Silicio amorfo, in cui gli atomi silicei vengono deposti chimicamente in forma amorfa, ovvero strutturalmente disorganizzata, sulla superficie di sostegno. Questa tecnologia impiega quantità molto esigue di silicio (spessori dell’ordine del micron). I moduli in silicio amorfo mostrano in genere una efficienza meno costante delle altre tecnologie rispetto ai valori nominali, pur avendo garanzie in linea con il mercato.

Tellururo di cadmio (CdTe)

Il tellururo di cadmio è un composto chimico cristallino e stabile formato da cadmio e tellurio con una struttura cristallina di blenda.
Viene utilizzato principalmente per la costruzione delle celle solari: si tratta di un semiconduttore con caratteristiche simili all’arseniuro di gallio o silicone ma meno costoso. L’efficenza teorica è dell’ordine 15% (max), su moduli 10%.
Si deposita uno strato semiconduttore di tellururo di cadmio tra due sottili lastre di vetro che vengono poi sigillate ermeticamente.Il processo produttivo ha evoluto tanto negli anni recenti ed è prevedibile un notevole miglioramento dell’efficienza. Insieme a Abound Solar, Calyxo, PrimeStar, CTF Solar e Arendi, First Solar è stata tra i primi produttori di pannelli fotovoltaici ad utilizzare questa tecnologia.

Solfuro di cadmio (CdS)

Il solfuro di cadmio microcristallino presenta costi di produzione molto bassi in quanto la tecnologia impiegata per la sua produzione non richiede il raggiungimento delle temperature elevatissime necessarie invece alla fusione e purificazione del silicio. A temperatura ambiente il materiale non lavorato si presenta come un solido di colore giallo-arancio. Esso viene applicato ad un supporto metallico per spray-coating, cioè viene letteralmente spruzzato come una vernice. Il procedimento risulta molto pratico e vantaggioso economicamente. Tra gli svantaggi legati alla produzione di questo genere di celle fotovoltaiche vi è la tossicità del cadmio ed il basso rendimento del dispositivo. Sono tuttavia in corso diverse ricerche volte a migliorare l’efficienza. Alcuni obiezioni vengono sollevate riguardo i costi per il smaltimento dei pannelli alla fine del loro ciclo di utilizzo.

Arseniuro di gallio (GaAs)

L’arseniuro di gallio (gallium arsenide in inglese) è un materiale inorganico. È un semiconduttore composto dalla combinazione degli elementi chimici arsenico e gallio. La sua formula chimica è GaAs. È caratterizzato da un’alta mobilità dei portatori liberi di carica (elettroni e lacune) e da una banda di energia proibita diretta, per cui viene usato nei dispositivi elettronici ad altissima velocità e nei dispositivi emettitori di luce (componenti per microonde, diodi LED e laser, componenti per lettori DVD e per radar automobilistici), nonché nelle celle fotovoltaiche. E’ quindi una lega binaria con proprietà semiconduttive, in grado di assicurare rendimenti elevatissimi, dovuti alla proprietà di avere un gap diretto (a differenza del silicio). Viene impiegata soprattutto per applicazioni militari o scientifiche avanzate (come missioni automatizzate di esplorazione planetaria o fotorivelatori particolarmente sensibili). Tuttavia il costo proibitivo del materiale monocristallino a partire dal quale sono realizzate le celle, lo ha destinato ad un impiego di nicchia.

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