L'effetto fotoelettrico

La conversione fotovoltaica è un fenomeno fisico che permette di trasformare direttamente l'energia luminosa in energia elettrica in strutture elementari, le celle fotovoltaiche.
Questi dispositivi sono realizzati in materiali semiconduttori, materiali cioè che conducono la corrente elettrica e la cui resistività diminuisce al crescere della temperatura e per la presenza di impurità.
L'effetto fotovoltaico consiste nella generazione di una differenza di potenziale elettrico, grazie all'integrazione di un flusso di energia radiante con la materia.

Le celle fotovoltaiche

Le celle nello schema generale sono costituite da due strati di semiconduttore (solitamente composti a base di silicio) in contatto fra loro: uno strato è di tipo n, o strato finestra (generalmente si tratta di silicio drogato con fosforo), caratterizzato da una certa quantità di cariche negative (elettroni) e uno strato è di tipo p, o strato assorbitore (ottenuto drogando il silicio con boro), in cui si ha un eccesso di cariche positive.
Alla giunzione, cioè nella zona di contatto tra i due strati, si crea una barriera di potenziale. Ciascun fotone, dotato di energia sufficiente e = h*v , è in grado di liberare all'interno della giunzione una coppia elettrone - lacuna che contribuisce alla conduzione elettrica del semiconduttore. A causa della barriera di potenziale gli elettroni possono passare dallo strato p a quello n, ma non è possibile il passaggio inverso: si crea così un eccesso di elettroni nello strato n.
Collegando un conduttore a ciascuno degli strati p e n e chiudendo il circuito ci sarà circolazione di corrente grazie al passaggio degli elettroni che si ricombinano con le lacune.
È importante che la radiazione solare penetri in entrambi gli strati n e p ed è per questo motivo che il primo strato è molto sottile rispetto al secondo.