13
I-2.2. L’EFFETTO FOTOVOLTAICO
In un cristallo, come in un semiconduttore, gli elettroni possono occupare una serie di bande di energia (bande permesse) separate da una serie di bande di energia proibite. La banda più alta è la banda di conduzione; sotto c’è il band-gap (Eg), caratterizzato dall’energia che gli elettroni della
banda di valenza devono assumere per passare nella banda di conduzione. L’assorbimento della radiazione solare da’ luogo proprio a questo processo: il salto degli elettroni dalla banda di valenza a quella di conduzione.
Quando si forma una giunzione tra due strati drogati di silicio si modificano bande e livelli di energia; le cariche minoritarie diffondono come un gas oltre la giunzione a causa della differenza di concentrazione; attorno alla giunzione si crea così un doppio strato di cariche fisse di segno opposto, al quale è associato un campo elettrico che favorisce il flusso di cariche minoritarie verso la zona in cui sono maggioritarie.
Le giunzioni possono essere di vario tipo o Omogiunzione p/n
o Eterofaccia
o Eterogiunzione p/n o Barriera Schotty
Una cella solare è un dispositivo in grado di realizzare al suo interno i seguenti processi: o Assorbimento di radiazione solare
o Generazione e trasporto di cariche elettriche
o Separazione dei portatori di carica di segno opposto o Raccolta delle cariche mediante contatti elettrici.
La struttura di una cella PV è schematizzata nel seguente disegno.
La zona 1 rappresenta il contatto metallico con il semiconduttore di tipo p. La zona 2 rappresenta il volume della regione di tipo p, dove si ha il maggior assorbimento di luce con conseguente generazione di coppie elettrone-lacuna; la zona 3 rappresenta la giunzione e lo strato svuotato; la presenza di droganti accettori e donatori crea la barriera di cella che provvede a separare le cariche di segno opposto, lasciando passare solo quelle dotate di sufficiente energia. La zona 4 rappresenta il volume del materiale di tipo n. La zona 5 rappresenta il contatto frontale, quello rivolto dalla parte della luce, tra la griglia metallica e il semiconduttore di tipo n+. La zona 6 è sede di ricombinazioni
14 superficiali di portatori di carica minoritari. Ad ogni zona è associata una resistenza elettrica che va a comporre la resistenza-serie complessiva.
La caratteristica tensione-corrente di una cella può essere descritta dalla semplice relazione seguente:
I = I0·{exp[q(V-IRs)/AkT]-1}-IL
Parametri descrittivi della cella sono: l’efficienza, il fattore di riempimento, la tensione a vuoto e la corrente di cc.
Al buio la cella si comporta come un diodo.
Figura 1 - Caratteristiche V-I per una cella PV in funzione dell'irraggiamento solare
