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Fotovoltaico
L'effetto fotovoltaico sfrutta la capacità dei "semiconduttori" o metalloidi (elementi con proprietà intermedie fra i metalli e gli isolanti) di trasformare l'energia della radiazione elettromagnetica solare in energia elettrica. Il semiconduttore attualmente più usato, per formare le celle fotovoltaiche, è il silicio. Tale elemento presenta nella sua orbita più esterna 4 elettroni, i quali, allo stato "non eccitato", sono rinchiusi nella loro banda di valenza. La radiazione solare può però elevare l'energia degli elettroni dalla banda di valenza legata a quella di conduzione, rendendolo di fatto libero di migrare nel reticolo. Se gli elettroni liberi sono compresi all'interno di un campo elettrico, ottenuto sovrapponendo due strati di silicio "drogati" con altri elementi, solitamente boro e fosforo, formando la cosidetta giunzione p-n, abbiamo una migrazione degli elettroni verso la zona P; in altre parole abbiamo creato un campo elettrico di bassa entità, ma stabile da permettere la generazione di corrente elettrica. La radiazione solare che può produrre tale effetto in un semiconduttore è quella che proviene, ovviamente, dal sole, ma che attraversando l'atmosfera viene in parte assorbita dalle sue molecole (modificandone non solo la quantità ma anche lo sptrro delle lunghezze d'onda che lo compongono). In conclusione, oltre alla radiazione diretta concorre anche quella diffusa (dall'atmosfera) e quella riflessa (dalla superficie). Dal punto di vista del rendimento, l'efficienza di una cella al silicio varia in un range che va dal 5-7% (silicio amorfo), al 11-14% (silicio policristallino) fino al 14-17% (silicio monocristallino). Gli sforzi della ricerca per migliorare l'efficienza della celle fotovoltaiche, si indirizza su materiali alternativi,quali, ad esempio, le celle all'arseniuro di gallio (AsGa).
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