# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Gli impianti fotovoltaici

Come funziona una cella fotovoltaica?

Per riuscire a capire dobbiamo partire da alcuni semplici concetti di chimica e fisica.

1) Ogni sostanza è formata da atomi e ogni atomo è a sua volta formato da neutroni, protoni ed elettroni. I protoni (dotati di carica elettrica positiva) e i neutroni formano il nucleo dell'atomo, mentre gli elettroni (dotati di carica elettrica negativa) orbitano intorno al nucleo e concorrono talvolta a creare legami con altri atomi.

2) L'energia elettrica consiste in un flusso di elettroni. Se voglio produrre energia elettrica devo trovare il modo di farmi "prestare" degli elettroni e incanalarli in un mezzo conduttore, come un cavo di rame.

Normalmente in un materiale isolante, gli elettroni sono strettamente legati ai loro atomi e non possono muoversi ( essi non riescono a passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione), questi materiali non possono condurre elettricità perchè impediscono ad altri elettroni di passare ( diciamo che sarebbe come cercare di entrare in un autobus pienissimo in cui nessun passeggero vuole spostarsi di un centimetro). Nei materiali conduttori invece gli elettroni sono liberi di muoversi da un atomo ad un altro. Se si applica una differenza di potenziale ai due capi di un conduttore gli elettroni possono fluire liberamente spostandosi tra gli atomi.
Esiste una terza categoria di sostanze, i semiconduttori come il silicio.

L'atomo di silicio possiede 14 elettroni, quattro dei quali sono elettroni di valenza, che quindi possono partecipare alle interazioni con altri atomi, sia di silicio sia di altri elementi. In un cristallo di silicio puro ogni atomo legato ad altri quattro atomi. Quando un cristallo di silicio è colpito dalla luce, qualcono degli elettroni condivisi "salta" lasciando una lacuna.

Nei materiali semicondutori, gli elettroni se ne stanno buoni buoni intorno ai loro atomi senza spostarsi, come succede nei materiali isolanti. Può succedere però che, se questi elettroni vengono colpiti da un raggio di luce (fotone) possono "schizzare via" e muoversi come gli elettroni dei materiali conduttori (passano dalla banda di valenza a quella di conduzione).
Questo fenomeno è detto effetto fotovoltaico.
L'elettrone che si sposta si lascia dietro un posto vuoto, una lacuna.
Ogni elettrone, non sapendo bene dove andare, finisce per occupare una lacuna lasciata da un altro elettrone, quindi, pur essendoci elettroni che saltellano qua e là non ottengo un flusso ordinato, cioè una corrente elettrica.

Il drogaggio dei semiconduttori

Il nostro problema dunque è quello di "incanalare" e far muovere tutti nella stessa direzione gli elettroni che si liberano grazie all'effetto fotovoltaico. Qualche genio ha risolto il problema drogando il silicio.

Per drogare il silicio, non si ricorre a degli spacciatori, ma si inseriscono nel reticolo del cristallo atomi appartenenti al terzo o al quinto gruppo del sistema periodico degli elementi, in modo da ottenere due strutture differenti, una con un numero di elettroni insufficiente, l'altra con un numero di elettroni eccessivo.
Generalmente si utilizzano il boro (terzo gruppo) ed il fosforo (quinto gruppo).

Un atomo di boro dispone di soli tre elettroni di valenza, quindi nel punto dove viene inserito si forma una lacuna (manca un elettrone di legame). Un atomo di fosforo invece dispone di cinque elettroni di valenza, quindi nel punto dove viene inserito ci sarà un elettrone libero che non riesce a legarsi a nessun atomo di silicio. Il silicio drogato con boro (con eccesso di lacune) viene chiamato di tipo p, mentre quello drogato con fosforo (con eccesso di elettroni) viene chiamato tipo n.

Se si costruiscono due placche di silicio molto sottili, una drogata con fosforo (tipo n) e una drogata con boro (tipo p) e si mettono a contatto, succederà che gli elettroni liberi, abbondanti nel silicio di tipo n, migreranno verso il silicio di tipo p, cercando di riempire le lacune lasciate dal boro.
Il silicio di tipo n e di tipo p sono neutri dal punto di vista della carica elettrica in quanto il numero di elettroni presenti è compensato dal numero di protoni dei nuclei atomici, quando però gli elettroni si spostano le cariche elettriche non sono più bilanciate e il silicio di tipo p risulta carico negativamente (a causa degli elettroni che sono arrivati), mentre quello di tipo n risulta carico positivamente (a causa degli elettroni che se ne sono andati.
Per adesso la nostra cella non ha prodotto energia elettrica, le due placche di silicio però hanno acquistato cariche elettriche opposte e stanno generando un campo elettrico.

Se esponiamo alla luce le nostre due placche, i fotoni che colpiscono gli atomi di silicio in prossimità della giunzione p-n provocheranno il solito effetto fotovoltaico, mettendo in moto elettroni che passano dalla banda di valenza a quella di conduzione.

Questa volta però gli elettroni ( cariche negative) sanno dove andare, essi infatti saranno attratti dal silicio di tipo n che ha carica elettrica positiva, mentre le lacune ( cariche positive) che si formano seguiranno il percorso opposto. Quindi, se si connette la giunzione p-n con un conduttore, nel circuito esterno si otterrà un flusso di elettroni che parte dallo strato n, a potenziale maggiore, verso lo strato p, a potenziale minore. Fino a quando la cella resta esposta alla luce, l'elettricità fluisce con regolarità sotto forma di corrente continua.

# data[].attributes.attachment_link.description
Gli impianti fotovoltaici Come funziona una cella fotovoltaica? Per riuscire a capire dobbiamo partire da alcuni semplici concetti di chimica e fisica. 1) Ogni sostanza è formata da atomi e ogni atomo è a sua volta formato da neutroni, protoni ed elettroni.

# data[].attributes.attachment_link.keywords[]
how pn junction diode works. how diode works

# data[].attributes.attachment_link.title
Animation | How a P N junction semiconductor works | forward reverse bias | diffusion drift current

# data[].attributes.attachment_link.description
This simple animation video clearly explains the topics P-N junction semi conductor or diode, what is forward bias and reverse bias, what is diffusion current and drift current, what is avalanche breakdown etc What is a P -- N junction semiconductor and how is it formed?

# data[].attributes.body
Tutorial

# data[].attributes.attachment_link.title
Kit didattico Electric Vehicle, l’auto elettrica alimentata a idrogeno solare e fuel cell

# data[].attributes.headline
Il moto uniformemente accelerato e la parabola

# data[].attributes.subject
Il moto uniformemente accelerato e la parabola

# data[].attributes.attachment_link.title
Parabola in Matematica : Cosa Bisogna Sapere ;)

# data[].attributes.body
La legge di Farday-Neumann e Lenz

# data[].attributes.attachment_link.description
Ultimate YouTube Video Repeater and Downloader. Listen to any Video repeatedly and Download with single click. Maintain your custom YouTube..!

# data[].attributes.body
Sviluppo di un modello di auto a idrogeno alimentata a energia solare

Lezione interdisciplinare tra le materie di chimica, fisica, matematica, scienze e tecnologie informatiche

# data[].attributes.body
Tutorial sviluppato dagli allievi della 2L (anno 2016/17)

# data[].attributes.attachment_link.description
Nel laboratorio di fisica e chimica dell'istituto I.S.I.S G.Moscati di Sant'Antimo (Na), gli alunni della seconda I indirizzo informatico hanno realizzato una macchinina a idrogeno presente in questo video con la supervisione della Professoressa Paola Roscigno, il Professor Francesco Scarpa e il Professore Luigi Lo Conte.

# data[].attributes.attachment_link.description
Una pila a combustibile (detta anche cella a combustibile dal nome inglese fuel cell) è un dispositivo elettrochimico che permette di ottenere energia elettrica direttamente da certe sostanze, tipicamente da idrogeno ed ossigeno, senza che avvenga alcun processo di combustione termica.