L'effetto fotovoltaico
L'effetto fotovoltaico è un fenomeno fisico che si verifica quando un elettrone situato nella banda di valenza di un materiale si sposta nella banda di conduzione, dopo essere stato colpito dai fotoni ( luce ) e aver assorbito una quantità aggiuntiva di energia.
La spiegazione dell'effetto fotovoltaico
Secondo la teoria dei quanti di Max Planck, la luce è composta da particelle elementari dette fotoni che si spostano alla velocità della luce e un fascio di luce veicola una quantità di energia pari a E=hv.
Quando un fascio di luce illumina un metallo, i fotoni colpiscono gli atomi dell'oggetto. In particolar modo, alcuni fotoni si scontrano con gli elettroni degli atomi del materiale scaricandogli l'energia cinetica.
L'elettrone colpito dai fotoni assorbe una quantità di energia aggiuntiva e si stacca dall'orbita dell'atomo per passare in quella di un altro atomo.
Nota. Questo accade soltanto se l'energia assorbita dall'interazione con il fotone è superiore alla forza che tiene legato l'elettrone al nucleo atomico ( lavoro di estrazione ). Quanto maggiore è la frequenza ( v ) della radiazione elettromagnetica, tanto maggiore è la quantità di fotoni che colpiscono un elettrone e maggiore è l'energia ( E ) assorbita da quest'ultimo.
Lo spostamento dell'elettrone da un atomo all'altro genera la corrente elettrica. Per questa ragione si afferma che l'elettrone passa dalla banda di valenza alla banda di conduzione.
Cos'è la banda di valenza?
La banda di valenza è lo stato più esterno dell'atomo. E' la distanza massima in cui l'elettrone è legato al nucleo atomico.
Cos'è la banda di conduzione?
La banda di conduzione è uno stato più distante dal nucleo, oltre la banda di valenza, in cui l'elettrone non è più legato al nucleo atomico perché è troppo lontano.
La forza atomica non è sufficiente a mantenerlo in orbita intorno all'atomo.
Quindi, l'elettrone può anche essere attratto da altri atomi più vicini.
Lacuna. Quando l'elettrone si stacca dall'atomo lascia uno spazio vuoto nell'orbita atomica. Questo "vuoto" nella banda di valenza dell'atomo è detto lacuna e può essere occupato dagli altri elettroni che si stanno spostando nella banda di conduzione. Gli elettroni che occupano una lacuna tornano alla banda di valenza.
In quali materiali si presenta l'effetto fotovoltaico?
In genere, l'effetto si verifica sui materiali semiconduttori.
Chi scoprì l'effetto fotovoltaico?
Alexandre Edmond Becquerel fu il primo a osservare l'effetto fotovoltaico nel 1839.
Il fisico francese si accorse di questo effetto mentre studiava la natura corpuscolare delle onde elettromagnetiche.
L'effetto fotovoltaico è alla base dell'effetto fotoelettrico di Albert Einstein nel 1905 e della meccanica quantistica.
