Fotovoltaico: etimologia
“photo” dal Greco “φῶς ” (Luce)
+
“volt”
“elettricità dalla luce”.
Fotovoltaico: cos’è
È la tecnologia che permette di produrre
energia elettrica mediante la conversione
diretta della luce del sole senza l’uso di
combustibili e senza parti meccaniche in
movimento.
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Fotovoltaico: limite
• Il fotovoltaico non può sostituire al 100% la
produzione di energia elettrica necessaria
perché la fonte che l’alimenta non è
continua 24 ore su 24
• Può contribuire a limitare produzione
tradizionale di energia elettrica
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Fotovoltaico: ecologico
La produzione di energia col FV non
produce inquinamento (nel luogo di
installazione!)
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Tecnologia
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Tecnologia
• Il silicio è il materiale più utilizzato per la
produzione di celle fotovoltaiche
• oltre il 90% dei moduli in commercio sono in
silicio
• Subito dopo l’ossigeno, è l’elemento più
abbondante sulla terra
• Non esiste in forma pura ma solo sotto forma di
Ossido di Silicio (SiO2) o altri composti (sabbia,
quarzo, argilla)
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Silicio di grado solare
• grado di purezza stabilito deve essere 99,9999%
• Il silicio viene prima estratto dalle miniere e poi viene
reso puro attraverso diversi processi chimici.
Nell’industria fotovoltaica viene utilizzato nella sua forma
• cristallina (mono e poli) con atomi di Si ordinati in
maniera regolare
• amorfa con atomi di Si distribuiti in maniera casuale
(come il vetro)
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Processo per ottenere il silicio
1. Estrazione del silicio “metallurgico”: SiO2 + C = Si + CO2
(1800°C)
2. Purificazione:
• Produzione di triclorosilano Si + 3HCl = SiHCl3 +H2
• Distillazione multipla del SiHCl
• Deposizione del silicio puro SiHCl3 +H2 = Si + 3HCl,
(1350°C) - processo Siemens
Il risultato finale sono barre di silicio policristallino, dalle quali
si ottengono con procedimenti meccanici le celle.
Questa fase ha un rendimento piuttosto basso (spreco di
materiale anche del 50%).
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•Per ottenere il silicio monocristallino, il più efficiente, occorre un
ulteriore processo ad alta temperatura che prende il nome dal suo
scopritore, Czochralski.
•L’insieme delle varie fasi descritte, richiede un considerevole
apporto energetico, che ne giustifica, solo in parte, il costo.
•Si capisce come mai i moduli realizzati con celle a silicio
policristallino siano generalmente più economici rispetto a quelli
realizzati con silicio monocristallino.
•Il motivo per cui il silicio monocristallino ha un rendimento più alto
del policristallino sta nel fatto che quest' ultimo, data la sua
struttura più irregolare, tende a dissipare più energia
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Il lingotto di silicio
•diametro di circa 20 cm
•alto circa un metro
•pesa da 70 a 75 kg
una volta raffreddato,
viene tagliata la testa e
la coda quindi vengono
sagomati e tagliati a
fette “wafer”che sono la
base per le celle finite.
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Celle in silicio policristallino
•Nel processo produttivo il silicio policristallino viene versato
in blocchi che hanno una forma quadra.
•I blocchi raffreddati vengono tagliati in lingotti e quindi
sezionati in wafer da 230μm/350μm.
•Durante la fase di solidificazione, i cristalli si dispongono in
modo casuale ed è per questo che la superficie presenta i
caratteristici riflessi cangianti.
•Il silicio policristallino ha una grana più grossa del silicio
monocristallino.
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Celle in silicio monocristallino
•Con un processo produttivo più complesso, dal silicio fuso,
vengono ottenuti dei lingotti cilindrici di silicio monocristallino.
•Al cilindro viene data una forma esagonale e quindi sezionato
in fette sottili (wafer) da 200μm/300μm, le quali presentano un
color argento lucido.
•Queste, inoltre, vengono sagomate in forme più o meno
squadrate al fine di diminuire gli spazi inutilizzati ed
aumentare il numero di celle ospitate dal modulo.
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Silicio monocristallino
Silicio policristallino
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Efficienza e proiezione dei costi per le celle
di I, II e III generazione
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La giunzione PN
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Drogaggio
• Quando, in un qualsiasi materiale, oltre agli atomi o
molecole di base ne esistono di estranee, ossia che non
dovrebbero far parte del materiale stesso ma invece
presenti, si parla genericamente di
 impurità
• Se invece il materiale di base è volutamente ed
artificialmente addizionato di elementi estranei, si parla
di
 drogaggio.
• Drogare un materiale significa quindi aggiungere
volutamente delle impurità per cambiare le proprietà
elettriche del materiale stesso.
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drogaggio PN
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Giunzione PN
Tale giunzione è realizzata ponendo a contatto due
cristalli, uno dei quali contiene atomi trivalenti
(ad es. di boro), mentre l’altro contiene atomi
pentavalenti (ad es. fosforo).
Il cristallo di tipo P, contenente gli atomi trivalenti,
presenta nel reticolo delle lacune, mentre quello
di tipo N con gli atomi pentavalenti presenta
elettroni in più.
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Giunzione PN
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Giunzione PN
All’interfaccia tra i due cristalli, gli elettroni del
cristallo N si diffondono verso il cristallo P (e
viceversa per le lacune), formando una regione
di carica spaziale in cui mancano i portatori
mobili di carica (regione di svuotamento).
Il processo si ferma quando il campo elettrico che
si genera controbilancia il moto di diffusione
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