Gamma di bande di assorbimento della luce del pannello solare
I pannelli solari sono diventati sempre più popolari negli ultimi anni. Sono una fonte di energia economica, ecologica e rinnovabile. I pannelli solari convertono la luce solare in elettricità utilizzando un materiale speciale chiamato cella solare. La cella solare è costituita da diversi materiali che possono assorbire diverse lunghezze d'onda della luce.
Assorbimento della luce nelle celle solari in silicio monocristallino
Il silicio monocristallino è un materiale per celle solari ad alte prestazioni. Ha un elevato livello di purezza e una struttura cristallina uniforme, che consente una migliore mobilità degli elettroni. Le celle solari in silicio monocristallino hanno tipicamente un intervallo di assorbimento della luce compreso tra 300 e 1100 nm, con la banda di assorbimento di picco situata a circa 780 nm. Ciò significa che le celle solari possono assorbire la maggior parte dello spettro della luce visibile, così come parte della luce del vicino infrarosso.
Tuttavia, si verifica un notevole calo dell’efficienza di assorbimento oltre i 1100 nm. Ciò è dovuto al fatto che il silicio monocristallino è un materiale con bandgap indiretto. I materiali con bandgap indiretto hanno una soglia energetica più elevata affinché gli elettroni si spostino dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Ciò significa che i fotoni con energia inferiore non possono essere assorbiti efficacemente dal materiale. Pertanto, le celle solari in silicio monocristallino non sono in grado di assorbire una quantità significativa di luce a lunghezza d'onda maggiore (energia inferiore).
Assorbimento della luce nelle celle solari al silicio a film sottile
Le celle solari in silicio a film sottile sono costituite da più strati di silicio con spessori e droganti variabili. In genere sono meno costosi da produrre rispetto alle celle solari in silicio monocristallino. L'intervallo di assorbimento della luce delle celle solari in silicio a film sottile è diverso da quello delle celle solari in silicio monocristallino. Il film sottile di silicio assorbe la luce in una gamma più ampia di lunghezze d'onda, in particolare nell'intervallo 400 – 800 nm. Ciò significa che possono assorbire la maggior parte dello spettro della luce visibile, ma non tanta luce del vicino infrarosso quanto il silicio monocristallino.
Le celle solari in silicio a film sottile possono essere ulteriormente classificate in tre tipi: silicio amorfo (a-Si), silicio microcristallino (μc-Si) e silicio nanocristallino (nc-Si). Ciascun tipo ha un diverso intervallo di banda e assorbimento. Il silicio amorfo ha una banda proibita di circa 1,7 eV e può assorbire la luce nell'intervallo 300 – 800 nm. Il silicio microcristallino ha una banda proibita di circa 1,3 eV e può assorbire la luce nell'intervallo 400 – 700 nm. Il silicio nanocristallino ha una banda proibita di circa 2,0 – 2,2 eV e può assorbire la luce nell'intervallo 300 – 600 nm.
In conclusione, le celle solari in silicio monocristallino hanno una banda di assorbimento di picco situata a circa 780 nm e possono assorbire la maggior parte dello spettro della luce visibile così come parte della luce del vicino infrarosso. Le celle solari in silicio a film sottile, d'altra parte, hanno un intervallo di assorbimento più ampio rispetto al silicio monocristallino, ma non così tanta luce nel vicino infrarosso. L'intervallo di assorbimento specifico e l'efficienza dipendono dal tipo di film sottile di silicio. Indipendentemente dal tipo di cella solare, i pannelli solari forniscono una fonte di energia sostenibile e rinnovabile. Con ulteriori progressi tecnologici, i pannelli solari saranno in grado di fornire una quantità ancora maggiore di energia con un’efficienza ancora maggiore.