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

cenni introduttivi
metallurgico viene trattato con acido cloridrico per formare acido clorosilicico
(triclorosilano). Poi si fa avvenire un processo di distillazione frazionata per ridurre le
impurità; l’ulteriore passo consiste nella riduzione dell’idrogeno che trasforma il
triclorosilano, si libera acido cloridrico e si forma del silicio puro.
La nascita di un singolo cristallo da materiale policristallino di silicio si ha nel processo
Czochralaski: si forma un cristallo di silicio ottenuto per sedimentazione attraverso il
contatto con una massa fusa di silicio. La massa depositata è lentamente estratta dalla
massa fusa ed il silicio aderisce al cristallo che si va formando; si tratta di un singolo
cristallo che si va solidificando. Se si procede ad una lenta estrazione del cristallo, la sua
crescita continua, si ha la solidificazione del cristallo e si ha la formazione di un cristallo
di forma cilindrica (boule) delle dimensioni di un metro di lunghezza o più e del
diametro di 10 centimetri o più.
Per potere formare del silicio di tipo p, che è richiesto in una certa zona della cella come
impurità di tipo accettore, è aggiunto al silicio fuso prima che il cristallo sia estratto del
materiale adatto che spesso è il boro.
Dopo che la boule si è raffreddata viene affettata in sottili wafers di spessore inferiore al
millimetro. Ciò da luogo ad una struttura rotonda che caratterizza diverse celle
fotovoltaiche.
Alternativamente la boule si può usare per ottenere celle di tipo quadrato (in questo caso
il taglio avviene longitudinalmente) il minimo spessore del wafer è limitato dalle
proprietà fisiche del silicio; si usano spessori che sono di 0,25 mm o più. Come risultato
dell’affettamento si ha una perdita di circa il 50% del silicio originario, il wafer viene poi
trattato chimicamente e ripulito a livello superficiale.
I wafer che si ottengono con l’aggiunta degli atomi degli accettori alla miscela, da cui
sono estratti, formano il silicio di tipo p.
La superficie superiore che è esposta alla luce deve essere drogata con una sufficiente
densità di atomi donatori per neutralizzare l’effetto degli accettori e dare luogo ad una
forma di doppiaggio con atomi “donor”, in questo caso si forma un semiconduttore di
tipo n.
La sottile regione di tipo n viene a formare un diodo a giunzione con il wafer del
semiconduttore di tipo p. In questo caso si usa come donor, in genere, il fosforo come
elemento drogante. Tipicamente questo è introdotto come ossido di fosforo sulla
superficie del wafer, generalmente su entrambe le facce, che si portano ad elevata
temperatura (800÷900°C); si ha così, un processo di diffusione degli atomi di fosforo in
seno al cristallo.
Dopo la diffusione si rimuove l’ossido rimanente dalla superficie dello strato.
Infine, si realizza il contatto di tipo metallico tra il materiale di tipo n, che rappresenta il
materiale superiore da esporre alla luce e il materiale di tipo p.
Si ottiene, così, una tipica cella fotovoltaica con la dimensione caratteristica di 10 cm.
Quando viene esposta alla luce del sole, produce una potenza di circa 1 Watt, quindi
per una cella che abbia un voltaggio di 0,5 volt si avrà una corrente di circa 2 ampere.
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Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca