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1) LE CELLE MULTIGIUNZIONE 

Le celle multigiunzione sono celle ad altissima efficienza, tanto più superiore rispetto alle normali celle al silicio quanto più la luce è concentrata. Sviluppate per i pannelli fotovoltaici dei satelliti spaziali, sono quindi le celle solari più efficienti, raggiungendo un'efficienza del 41% se usate ad una concentrazione maggiore di 500 X. Si tratta di celle a più strati, formate dalla sovrapposizione di più "film sottili" di semiconduttori scelti leggermente diversi fra loro (in gergo, devono avere gap di energia diversi), così che ciascuno strato possa assorbire in modo ottimale i fotoni di un certo range di energia. Sono utilizzate negli innovativi sistemi fotovoltaici a concentrazione, quali i pannelli a concentrazione, dove sono in genere raffreddate con sistemi passivi. Sebbene il costo delle celle multigiunzione sia circa 100 volte quello delle celle al silicio normali, è solo una piccola frazione di quello dell'intero sistema a concentrazione, il che rende tali sistemi economicamente competitivi.  




2) PANNELLI A CONCENTRAZIONE CON CELLE MULTIGIUNZIONE

I pannelli fotovoltaici a concentrazione - comunemente noti anche come "concentratori solari" - sono innovativi pannelli solari piani che utilizzano concentratori ottici quali lenti di Fresnel o riflettori parabolici (tipicamente realizzati in plastica) per concentrare la radiazione solare su una superficie piuttosto piccola, dove viene trasformata in energia elettrica da una cella fotovoltaica multigiunzione, caratterizzata da un'efficienza più che doppia rispetto ai pannelli fotovoltaici al silicio tradizionali. Dunque, è possibile ottenere la stessa quantità di energia di un pannello normale con uno a concentrazione di superficie più piccola. Inoltre, nei pannelli a concentrazione ciascuna cella fotovoltaica continua a funzionare a piena potenza anche se le altre celle del modulo sono ombreggiate o addirittura coperte con un oggetto. I sistemi di raffreddamento più usati sono passivi, ed utilizzano la semplice convezione dell'aria. I pannelli sono montati su un sistema di inseguimento biassiale ad alta precisione.  



3) LE TRE GENERAZIONI DI CELLE SOLARI

Le celle fotovoltaiche "di terza generazione" sono celle solari potenzialmente capaci di superare i limiti delle celle tradizionali: sia quelle di "prima generazione" (basate sul silicio cristallino e usate nei comuni pannelli monocristallini e policristallini), sia quelle di "seconda generazione" (basate sulla riduzione dei costi delle celle di prima generazione mediante l'impiego di tecnologie di "film sottile", usate negli attuali pannelli a silicio amorfo o, più in generale, nei moduli fotovoltaici a film sottile). A differenza delle generazioni precedenti, tuttavia, la terza generazione è abbastanza ambigua dal punto di vista delle tecnologie e dei materiali che utilizza, poiché comprende una varietà di approcci diversi che teoricamente hanno il potenziale per raggiungere l'obiettivo desiderato, e che includono, fra gli altri: le celle polimeriche e il fotovoltaico organico, le celle ibride, le celle multigiunzione (usate nel fotovoltaico a concentrazione) e a tandem, le celle a nanocristalli, le celle basate sui quantum dots, etc.  






4) LE RAGIONI DEL CAMBIAMENTO

Le celle solari tradizionali, utilizzate ormai da oltre 30 anni, hanno diversi svantaggi che rendono non solo opportuno ma quasi necessario il compiere un nuovo "passo in avanti" tecnologico. Fondamentalmente, esse sono costose, fragili ed inefficienti. Un grosso problema è che il loro ingrediente-chiave, il silicio purificato, è diventato nel tempo più costoso anziché calare di prezzo, il che rende difficile ridurre il costo delle comuni celle al silicio di prima generazione, attualmente troppo alto per un utilizzo dei relativi pannelli fotovoltaici in assenza di incentivi statali o di altre forme di sussidio economico. Invece, le celle di seconda generazione basate sulle tecnologie di film sottile hanno il problema della scarsa efficienza. Negli ultimi anni, nei laboratori di ricerca sono state messe a punto celle a film sottile molto più efficienti delle comuni celle in silicio amorfo, ma sono troppo costose perché impiegano degli elementi più rari del silicio, dunque un loro utilizzo di massa risulta assai poco realistico.



4) LE CELLE ORGANICHE        

Il fotovoltaico organico è una nuova tecnologia che usa pigmenti organici al posto dei semiconduttori inorganici, consentendo un abbattimento dei costi senza però un aumento di efficienza. Una cella fotovoltaica organica utilizza un'elettronica organica, basata su polimeri organici conduttori o su piccole molecole organiche per l'assorbimento della luce ed il trasporto della carica. Ciò permette di combinare la flessibilità delle molecole organiche con la plastica, che ha bassi costi di produzione e può esserne ricoperta con un "film". Il coefficiente di assorbimento di luce delle molecole organiche è elevato, perciò una grande quantità di luce può essere assorbita con una piccola quantità di materiale. I principali svantaggi delle celle organiche sono costituiti dalla bassa efficienza (circa il 3-6%), dalla bassa stabilità (per quanto riguarda ossidazione, riduzione, ricristallizzazione e variazioni di temperatura, che possono degradare il dispositivo nel tempo) e dalla bassa robustezza rispetto alle celle inorganiche.     

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