Produzione pannelli solari: chimici chiave e processi

Con la crescente consapevolezza sui problemi ambientali come il riscaldamento globale, la ricerca su fonti energetiche rinnovabili diventa sempre più importante. Secondo l'EIA (U.S. Energy Information Administration), le tecnologie solari producono solo una frazione di percento dell'energia consumata annualmente negli USA. Tuttavia, l'energia solare sta lentamente guadagnando popolarità. Le due forme principali sono l'energia solare termica (STE) e l'energia fotovoltaica (PV). Il PV converte direttamente l'energia solare in elettricità tramite materiali semiconduttori. Al 2010, la maggior parte dei pannelli PV usa solo pochi elementi chimici come semiconduttori.

Silicio

Uno degli elementi chimici più comuni, il silicio (Si) fu "usato per realizzare i primi dispositivi fotovoltaici (PV)", secondo l'EIA. Al 2010, il silicio rimane il materiale semiconduttore più usato nei pannelli solari. Il silicio monocristallino, la forma più efficiente e costosa, si ottiene da silicio fuso ad alta purezza fatto crescere da "semi" cristallini. Il silicio multicristallino, meno efficiente ma più economico, può essere prodotto in vari modi. Il silicio amorfo, comune nelle calcolatrici, è non cristallino e quindi meno stabile del silicio cristallino nei dispositivi PV, ma costa meno da produrre.

Arseniuro di gallio

L'arseniuro di gallio (GaAs) è un composto chimico di gallio e arsenico, sviluppato più recentemente per usi high-tech, incluso il solare. Come film monocristallino nei pannelli PV, il GaAs è altamente efficiente: celle ultrasottili, una frazione dello spessore di quelle al silicio, assorbono la stessa energia. Inoltre, è molto più durevole e subisce poca degradazione da radiazioni. Il principale ostacolo è il costo del gallio, sottoprodotto della fusione che, secondo l'EIA, è "più raro dell'oro".

Film sottili policristallini

I film sottili policristallini sono materiale PV molto più assorbente del silicio. Sono tipicamente a base di diseleniuro di rame-indio (CuInSe2) o tellururo di cadmio (CdTe). Piccole quantità di gallio si aggiungono talvolta ai film CuInSe2 per aumentare il band gap, mentre quello del CdTe è quasi ideale per assorbire l'energia solare. Altri chimici talvolta aggiunti a entrambi includono solfuro di cadmio (CdS) e zinco (Zn). I film sottili policristallini sono ancora mostly in fase di ricerca. Tuttavia, secondo l'Institute of Energy Conversion dell'Università del Delaware, "appaiono i candidati più promettenti per l'applicazione su larga scala della conversione fotovoltaica".