Perché il silicone viene utilizzato per produrre celle solari?

Il silicone viene spesso utilizzato nei pannelli solari come semiconduttori poiché è un materiale economico che offre un'adeguata efficacia energetica. Presenta inoltre una straordinaria resistenza alla corrosione, una robustezza di lunga durata, eccezionali caratteristiche di espansione termica, utile fotoconduttività e tossicità trascurabile. 

Il silicone è presente in natura in grandi quantità, quindi non c'è quasi scarsità di materia prima per produrre materiali siliconici. Il silicone puro, che da secoli viene sfruttato come elemento elettrico, è il componente rudimentale di una cella solare. I pannelli solari in silicone sono comunemente chiamati pannelli di “prima generazione” poiché l’esperienza nel settore delle celle solari in silicone ha acquisito importanza negli anni ’1950. Il silicone è responsabile di oltre il 90% del mercato delle celle solari.

Oltre ad essere uno dei materiali più ricercati, il silicone cristallino disponibile è il principale materiale semiconduttore nella microelettronica contemporanea. Da quando i primi circuiti integrati sono stati prodotti in serie, la concentrazione di bilanciamento dell'integrazione metallo-ossido-semiconduttore e la regolarità operativa sono aumentate rapidamente.

Ecco i principali motivi per cui il silicone è comunemente utilizzato nei pannelli solari: 

1. Il silicone è un semiconduttore

Poiché è un materiale semiconduttore nella sua natura fondamentale, il silicone cristallino non contaminato è un debole conduttore di elettricità.

Per superare questo problema, il silicone in una cella solare contiene contaminazioni, ovvero atomi aggiuntivi deliberatamente aggiunti agli atomi di silicone per sviluppare la capacità del silicone di assorbire e trasformare l'energia solare in energia elettrica.

Ad esempio, un atomo di gallio ha un elettrone in meno rispetto a un atomo di silicone, ma un atomo di arsenico ha un elettrone in più. Quando gli atomi di arsenico sono stipati nel mezzo di molti atomi di silicone, la struttura riceve elettroni aggiuntivi dopo aver creato un rivestimento pieno di elettroni.

I rivestimenti di una cella solare sono organizzati in modo da creare un campo elettrico. Quando la luce solare colpisce una cella solare, stimola gli elettroni, che fanno emergere i buchi.

Grazie alla presenza di questo campo elettrico, vengono trasportati agli elettrodi della cellula. In questo processo si forma l’elettricità.

I semiconduttori hanno potenziali intermedi tra quelli di un conduttore o di un isolante. Ha una caratteristica elettrica che gli consente di essere conduttivo in una sola direzione isolando quella opposta. 

2. Fornisce una discreta efficacia energetica

Le celle solari in silicone hanno un'efficacia superiore al 20%. Ciò significa che le celle solari al silicio possono trasfigurare quasi il 20% della luce solare che incontrano in elettricità. Anche se questa potrebbe sembrare una bassa produttività, le celle solari al silicio sono ancora più ingegnose di altri tipi di celle fotovoltaiche.

Esistono materiali più competenti del silicone in grado di ottenere risultati superiori? Sì, il silicone non è il più efficace e alcuni componenti possono funzionare in modo più efficace. Tuttavia, dovrai pagare una fortuna per quelli!

D'altra parte, esaminando numerosi fattori, delibereremo che il silicone sembra essere uno dei materiali migliori.

3. Le capacità aumentano con il doping

Quando il silicone viene fissato con contaminanti come atomi di gallio e arsenico, la sua capacità di catturare e trasformare l'energia solare in elettricità si sviluppa notevolmente.

4. Il silicone non è tossico

Un altro fattore che determina la decisione di utilizzare il silicone rispetto a uno qualsiasi degli elementi sopra menzionati è la sua natura innocua. Il silicone ha un impatto ambientale trascurabile poiché il silicone è un materiale innocuo.

Esistono innumerevoli sostituti del silicone che vengono controllati insieme ai cambiamenti nella tecnologia ingegneristica. Ad esempio, anche l'arsenico di gallio, il tellururo di cadmio, il diselenuro di rame-indio e la miscela di rame-indio/gallio-diseleniuro vengono esaminati come componenti sostitutivi del silicone nelle celle solari.

Tuttavia, la maggior parte di questi materiali presenta degli inconvenienti che il silicone non presenta, come la tossicità. 

5. Il silicone simile al cristallo è un materiale stabile

I moduli fotovoltaici che utilizzano celle solari in silicio cristallino hanno una durata di vita prolungata all'aria aperta che supera i due decenni. Ciò è utile per l'accessibilità dei costi del fotovoltaico perché le risorse ora iniziano a ripagare circa un decennio dopo la connessione originale del sistema fotovoltaico.

6. Rapporto costo-efficacia

Esiste un requisito unico per risparmiare denaro in futuro. Anche se si prevede che il fotovoltaico siliconico abbia toccato minimamente il suo costo, i prezzi si sono ridotti grazie a un tasso di apprendimento del 20% con una curva di apprendimento. (risparmio del 20% sui costi per l’amplificazione dell’intera potenza installata), che si protrarrà sicuramente nel futuro.

7. Disponibile gratuitamente

Il silicone è uno dei materiali più frequentemente utilizzati nelle celle fotovoltaiche. È altrettanto abbondante in natura come biossido di silicio nella ghiaia e nel quarzo, da cui viene recuperato tramite riduzione del carbonio. In realtà, il silicone costituisce quasi il 26% della crosta terrestre.

8. Fotoconduttività decente

La fotoconduttività è l'aumento della conduttività elettrica di alcuni componenti quando sottoposti a sufficiente energia luminosa. Viene regolarmente utilizzato per percepire la presenza di abbagliamento e calcolarne l'intensità nelle macchine sensibili alla luce e comprendere le procedure interne di questi materiali.

Il silicone ha una straordinaria fotoconduttività, che lo rende una scelta prevalente per realizzare celle fotovoltaiche. Lo strato di biossido di silicio assorbe energia quando è soggetto alla luce e trasforma i fotoni della luce solare in elettroni liberi che possono generare elettricità.

9. Bandgap ottimale

Il silicone ha un fantastico bandgap di 1.1 eV, che è relativamente vicino all'eccellente valore di 1.34 eV per la produzione di elettricità solare. Il gap di banda ottimale del silicone lo rende una scelta decente per le celle solari in silicone poiché diversi semiconduttori con gap di banda comparabili sono in genere più costosi da produrre.

10. Straordinaria resistenza alla corrosione

Il silicone ha una straordinaria resistenza alla corrosione grazie al rivestimento in biossido di silicio. Ciò le rende una buona scelta per le celle solari in silicone poiché devono essere resistenti in circostanze ambientali ostili come temperature estreme, forte luce solare e acqua salata.

11. Materiale leggero

Anche il silicone è leggero, il che significa che può essere utilizzato come base su cui sono posizionati i componenti in silicone delle celle solari. Non è semplice trovare un altro materiale leggero che possa sostituire il silicone grazie alle sue proprietà organiche sicure, redditizie e resistenti alla corrosione.

Quindi ora conosci l'importanza dell'utilizzo del silicone nelle celle solari! Oltre ad essere molto economico, questo materiale fornisce la migliore produzione di energia per alimentare le nostre case, fabbriche e molto altro!

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