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MODULI FOTOVOLTAICI
Il modulo fotovoltaico è un dispositivo , composto
da celle fotovoltaiche in materiale semiconduttore,
in grado di convertire direttamente l’energia solare
incidente in energia elettrica mediante l’effetto foto-
voltaico. Tale effetto parte quando un flusso luminoso
investe il reticolo cristallino di un semiconduttore; a
questo punto si verifica la transizione in banda di
conduzione di un certo numero di elettroni al quale
corrisponde un egual numero di lacune che passano
in banda di valenza. Si rendono pertanto disponibili
portatori di carica, che possono essere sfruttati per
generare una corrente. Per realizzare ciò è necessa-
rio creare un campo elettrico interno alla cella, sta-
bilendo un eccesso di atomi caricati negativamente
(anioni) in una parte del semiconduttore ed un ecces-
so di atomi caricati positivamente (cationi) nell’altro.
Questo meccanismo si ottiene mediante drogaggio
del semiconduttore che generalmente viene realizza-
to inserendo atomi del terzo gruppo come ad esem-
pio il boro e del quinto gruppo (fosforo) per ottenere
rispettivamente una struttura di tipo p (con un eccesso
di lacune) ed una di tipo n (con un eccesso di elet-
troni). Lo strato drogato con elementi del quinto grup-
po, che hanno cinque elettroni esterni (o di valenza)
contro i tre di quelli del terzo gruppo, presenta una
carica negativa debolmente legata, costituita da un
elettrone in eccesso per ogni atomo drogante. Nello
stesso modo, nello strato drogato con elementi del
terzo gruppo, che hanno invece tre elettroni esterni,
si ottiene un eccesso di carica positiva, data dalle
lacune degli atomi droganti. Il primo strato, a cari-
ca negativa, viene generalmente chiamato strato n,
l’altro, a carica positiva, strato p, la zona di sepa-
razione è detta giunzione p-n. Va sottolineato che il
materiale risulta essere globalmente neutro, dato che
il drogaggio viene realizzato con atomi neutri (non
ioni), quello che cambia è l’eccesso di elettroni nei
legami covalenti, da una parte, e il difetto degli stessi
dall’altra. Mettendo a contatto i due materiali così
ottenuti, si viene a verificare un flusso di diffusione
di elettroni dalla zona n alla zona p e di lacune in
direzione opposta, fino al raggiungimento dell’equi-
librio elettrostatico, che determina un eccesso di cari-
ca positiva nella zona n, un eccesso di elettroni nella
zona p e una regione intermedia detta regione di
svuotamento. Il risultato è un campo elettrico interno
al dispositivo (tensione di built-in) che si estende a
cavallo della regione di svuotamento, generalmente
spessa pochi micrometri. A questo punto, se viene
illuminata con fotoni la giunzione dalla parte n, ven-
gono a crearsi delle coppie elettrone-lacuna sia nella
zona n che nella zona p. Il campo elettrico di built-in
permette di dividere gli elettroni in eccesso (ottenuti
dall’assorbimento dei fotoni da parte del materiale)
dalle lacune, e li spinge in direzioni opposte gli uni
rispetto agli altri. Gli elettroni, una volta oltrepassa-
ta la zona di svuotamento non possono quindi più
tornare indietro, perché il campo impedisce loro di
invertire la marcia. Connettendo la giunzione con
un conduttore esterno, si otterrà un circuito chiuso
nel quale il flusso di elettroni parte dallo strato n, a
potenziale maggiore, verso lo strato p, a potenziale
minore fintanto che la cella resta esposta alla luce.
Composizione di un modulo fotovoltaico
Il modulo fotovoltaico in silicio è costituito da un san-
dwich di materie prime detto laminato e da materiali
accessori atti a rendere usabile il laminato.
Il vetro viene usato come base su cui viene steso un
sottile foglio di EVA. La superficie superiore esposta
alla luce è composta da una lastra di vetro temperato
a basso contenuto di ferro per garantire una maggio-
re trasparenza ai raggi solari. Un vetro di questo tipo
lascia passare circa il 91,5% dell’irraggiamento rice-
vuto. Al di sopra del vetro viene steso un sottile foglio