L’effetto fotovoltaico

Lo scopritore.

Alexandre-Edmond Becquerel aveva diciannove anni quando fece per la prima volta esperienza dell’effetto fotovoltaico. Era il 1939 e A.-E. Becquerel stava facendo esperimenti nel laboratorio del padre, Antoine Cesar, importante scienziato di cui era assistente. Illuminando uno dei due elettrodi di un voltametro si accorse di un particolare fenomeno: tra i due elettrodi nasceva una differenza di potenziale; tale differenza di potenziale permaneva se tra gli elettrodi veniva inserito un conduttore ma cessava nel momento in cui terminava l’illuminazione.
Becquerel laviorò al Musee d’Histoire Naturelle a Parigi, prima come assistente del padre e dopo come suo successore. Fisico sin da giovane, studiò la luce, le proprietà paramagnetiche e diamagnetiche delle sostanze, la decomposizione elettrochimica…
A trentadue anni ebbe un figlio, Antoine Henri Becquerel, premio Nobel per la fisica nel 1903 (con Pierre e Marie Curie) per la scoperta delle emanazioni radioattive dei sali di uranio.

Un po’ di teoria.

In cosa consiste l’effetto fotovoltaico? Provo a spiegarlo in parole povere, per quello che ho capito, non essendo esperto in materia. Diciamo che se un fotone con sufficiente energia colpisce un materiale (in particolare un semiconduttore) può accadere (stanti certe condizioni) che un elettrone si “sposta” da un certo punto ad un altro del materiale.
In fisica dello stato solido viene chiamata struttura a bande “la gamma di energie che ad un elettrone di un certo materiale è “consentito” o “proibito” possedere” (Wikipedia). La banda di valenza è, tra le bande occupate da elettroni, quella con energia più bassa. La banda di conduzione è invece la banda elettronica a più bassa energia tra quelle non completamente occupate.
Se si ha uno spostamento di elettrone dalla banda di valenza a quella di conduzione, siamo in presenza di effetto fotovoltaico. In pratica si ha effetto fotovoltaico quando ai capi di alcuni particolari materiali nasce una forza elettromotrice in virtù dell’illuminazione del materiale.

I primi passi del fotovoltaico

L’effetto fotovoltaico è per molti versi la base delle ricerche sul fotovoltaico in generale. Nel 1873 Willoughby Smith, un ingegnere elettrico inglese, scopre la fotoconducibiltà del selenio che contribuirà alla scoperta delle celle fotovoltaiche (descritte da Fritts nel 1883), “mattone” fondamentale degli impianti fotovoltaici. Altro passo importante nelle ricerche sul selenio viene compiuto nel 1876 quando due scienziati inglesi, Adams e Day osservano la conversione diretta della luce solare in elettricità per merito del selenio.
Nel 1917 Kennard e Dieterich introducono il concetto di barriera potenziale per spiegare l’effetto fotoelettrico.
Sono degli anni ’40 del novecento i primi dispositivi basati sul silicio.

impianto fotovoltaico

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