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Charles Fritts, inventore della prima cella fotovoltaica

Ci troviamo alla fine del diciannovesimo secolo, la comunità scientifica pullula di idee e progetti nell'ambito dell'energia elettrica e lo studio dell'effetto fotovoltaico si sta facendo strada. In questo scenario si inserisce Charles Fritts (1850-1903), l’inventore a cui è stato attribuito il merito di aver creato la prima cella fotovoltaica.
       

Quella del fotovoltaico è una storia che ha attraversato i secoli e ha attinto all'intelligenza di moti, in diverse discipline. E' una tecnologia con tanti padri, ognuno dei quali ha contribuito in parte. 

Il termine "photo" deriva dal greco "photos", la luce, mentre "Volt" prende le sue radici da Alessandro Volta (1745-1827): la sua pila e gli studi sull'elettricità  di contatto hanno avuto un   ruolo chiave nell'aprire gli interi nuovi domini dell'elettrochimica, dell'elettromagnetismo e di tecnologie avanzate, tra cui proprio il fotovoltaico.

Il termine "fotovoltaico" ha però cominciato a circolare dal 1839, quando il fisico francese Alexandre Edmond Becquerel, scoprì quello che lui chiamò "effetto fotovoltaico", cioè il generarsi di un lieve flusso di corrente elettrica da alcuni elementi metallici esposti al sole. Questa è probabilmente la prima grande scoperta alla base del successivo sviluppo tecnologico. 

Erano gli anni della Belle Epoque, l'era dell'elettricità, dell'illuminazione pubblica e dell'avvento di numerose scoperte, tra cui la prima lampadina di Thomas Edison (immagine nel paragrafo) . 

Da allora iniziò il susseguirsi di diverse scoperte nel campo dell'energia fotovoltaica. Nel 1873, l'ingegnere elettrico inglese Willoughby Smith osservò la fotoconduttività nel selenio (un semiconduttore) mentre sperimentava sui materiali per i cavi telegrafici subacquei. Questa scoperta attirò l'attenzione del professore di filosofia naturale William Grylls Adams e del suo studente, Richard Evans Day, che anni dopo seguì le orme dell'uomo considerato il padre del fotovoltaico. Insieme presentarono alla Royal Society un articolo intitolato The Action of Light on Selenium (1877) e riuscirono a costruire una cella solare al selenio in un tubo di vetro.

Sulla scia di questa eccitante scoperta, nel 1879 l'americano Charles Fritts realizza il primo pannello fotovoltaico, costituito da uno strato di selenio e da una pellicola d'oro. Nonostante la sua scoperta sia il risultato delle scoperte precedenti, è lui che possiamo considerare il padre del fotovoltaico. 

La sua impresa fu pubblicata nel documento del 1883: "On a New Form of Selenium Photocell" nell'American Journal of Science.

Sulla sua vita privata dell'inventore si sa ben poco, così come non è stato possibile accertarsi che le fotografie trovate su internet ritraessero Fritts in persona, per questo non verranno inserite.

Una vita abbastanza breve la sua: nasce a New York nel 1850 e muore nel 1903. 

Charles Fritts viveva e lavorava in un edificio di New York, sul cui tetto diede libero sfogo alla sua ingegnosità (la foto ritrae la cella che Fritts espose sul tetto del palazzo in cui viveva). Le sue invenzioni spaziavano dai meccanismi a orologeria agli accessori per tende ai dispositivi meccanici per ottimizzare l'accoppiamento dei vagoni ferroviari. Ma è un altro il dispositivo che lo avrebbe fatto passare alla storia: una scatola di vetro contenente un foglio di selenio alloggiato tra due strati metallici (uno superiore di sottile foglia d'oro semitrasparente, e uno inferiore di un substrato metallico di ottone). Quando la luce brillava nella scatola, gli elettroni si muovevano attraverso il selenio e veniva prodotta una corrente che veniva poi inviata attraverso un filo a un'estremità della scatola: "una corrente continua e costante di notevole forza", secondo lo stesso Charles Fritts. Eccitato, inviò uno dei suoi prototipi all'ingegnere tedesco Werner von Siemens, che presentò l'invenzione di Fritts alla Royal Academy of Prussia.  A quel tempo, a New York era in corso la rivoluzione dell'elettricità commerciale e Thomas Edison commissionò la prima centrale elettrica a carbone della storia (1882). Charles Fritts era ottimista sul potenziale della sua invenzione e pensava che potesse competere con la centrale elettrica di Edison. Ma la verità è che la cella di Fritts utilizzava solo l'1% circa della luce solare, mentre le moderne celle solari funzionano con un'efficienza del 15-20%, inoltre non aveva capacità sufficiente per fare il salto nel mercato consumer; visto l’alto costo dei materiali non era sostenibile l’uso di tali celle per la fornitura di energia, ma le celle al selenio di Fritts trovarono altre applicazioni, ad esempio come sensori di luce per la temporizzazione dell’esposizione nelle macchine fotografiche. L'inventore di New York probabilmente non aveva idea di quanto tempo ci sarebbe voluto all'industria per ottimizzare la sua invenzione: sarebbero passati 70 anni prima che i Bell Labs producessero la moderna tecnologia solare a metà del XX secolo.

Il secondo link riportato nelle referenze permette di approfondire i passi successivi che hanno portato alla creazione del pannello fotovoltaico come lo conosciamo oggi.

referenze:

• https://www.sacyr.com/en/-/charles-fritts-el-desconocido-inventor-de-los-paneles-solares
• https://www.startupbusiness.it/chi-ha-inventato-il-fotovoltaico-storia-dinnovazione/104729/
• https://www.pugliain.net/92284-il-21-ottobre-1879-edison-invento-la-lampadina/
• https://iversity.org/en/courses/l-eredita-di-volta-dalla-pila-al-fotovoltaico
• http://www.elettrograf.com/assets/Uploads/fotovoltaico.pdf