produzione di energia elettrica con sistemi a celle ... - Il Saturatore

cenni introduttivi
Per il silicio, la densità di ricombinazione a 20°C è n i=1,5 10 16 /m 3
La densità è piccola se raffrontata a quella degli elettroni di valenza, si ha infatti una
coppia elettrone buca su 10 13 elettroni di valenza.
La luce incidente con energia dei fotoni superiore a quella che consente il rilascio
dell’elettrone libero, che è di 1,12 eV, per il silicio può generare delle coppie di elettroni
addizionali. Tale effetto, denominato “fotoconduttività”, è usato in parecchi strumenti
sensibili alla luce.
La realizzazione di una cella di conversione fotovoltaica, però, richiede un materiale con
un più complesso assetto della configurazione rispetto a quello di un semiconduttore.
I semiconduttori “intriseci” vengono trattati introducendovi delle impurità e diventano
semiconduttori “estrinseci”.
Tali tipi di semiconduttori contengono delle impurità selezionate che sono introdotte dal
processo di drogaggio o di doping. Nei semiconduttori drogati la conduzione può
essere, in predominanza, il risultato tanto di un’introduzione di elettroni liberi che di
buche.
Per esempio,come mostra la figura 3 nel caso di un atomo presente in un cristallo di
silicio, se esso è rimpiazzato con un atomo che ha cinque elettroni di valenza come
l’antimonio, l’arsenico o il fosforo quattro dei suoi cinque elettroni di valenza
completano i legami covalenti con quelli degli atomi di silicio circostanti, accoppiando
gli spin parallelo antiparallelo, mentre il quinto è un elettrone in eccesso che alla
temperatura ambiente, ha sufficiente energia per essere considerato un elettrone libero.
Gli elettroni liberi in tale caso, però, non lasciano dietro di loro una buca. l’atomo però è
ora carico positivamente.
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Fig.3 - Drogaggio del semiconduttore
Un’impurità consistente di un atomo con cinque elettroni di valenza, è quella relativa a
un atomo che si chiama “donor”. Se ci sono sufficienti atomi presenti in un cristallo, la
loro densità deve essere superiore alla densità n i degli elettroni liberi; essa potrebbe
superare di gran lunga quella delle buche, e come risultato, la conduzione sarebbe
principalmente dovuta agli elettroni liberi. Un semiconduttore con un’impurità di tipo
donor è, dunque, classificato come un semiconduttore di tipo n.
1.4. Diodo a giunzione a semiconduttore
Una cella fotovoltaica non è altro che un diodo a semiconduttore, essa converte
l’energia dei fotoni in energia elettrica. Si ottiene un diodo quando c’è una transizione
Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca