Le rectenne (parola che pochi conoscono, ma che in avvenire sentiremo spesso) esistono da 30 anni: sono strutture con diodi raddrizzatori alimentati da un'antenna ricevente. Le prime erano usate per trasmettere energia con onde radio. Ora vengono studiate per applicazioni fotovoltaiche ad alto rendimento: se avranno successo, rivoluzioneranno il settore energetico.
L'effetto fotoelettrico (conversione diretta della radiazione solare in energia elettrica) era noto dal 1839. Nel 1904 Einstein ne spiegò la teoria. Le celle fotovoltaiche (la prima fu prodotta dalla Bell nel 1954) sono costituite da semiconduttori. I rendimenti più alti (teoricamente 29%, in pratica intorno al 16%) si ottengono con silicio monocristallino "drogato" con altri elementi. I rendimenti non possono essere più alti a causa del fatto che queste celle convenzionali assorbono l'energia dei fotoni solo se la loro frequenza è compresa in una banda piuttosto stretta. Ogni fotone utilizzato genera nel semiconduttore una coppia di un elettrone e una lacuna.
Invece nella tecnologia delle rectenne (sviluppata dalla ITN Energy Systems, Inc.) l'antenna assorbe tutta la radiazione solare e la trasmette a un diodo a tunnel realizzato con una giunzione metallo-isolatore-metallo. I fenomeni quantistici conseguenti producono una corrente variabile,. la cui energia equivale a tutta quella della radiazione incidente - e la tensione generata nel circuito esterno aumenta linearmente con la frequenza dei fotoni incidenti. Il 44% della radiazione solare ha lunghezze d'onda comprese fra 0,4 e 0,7 (m. Per assorbirla tutta le rectenne dovranno funzionare fino a 600 THz. Finora le frequenze utilizzate arrivano a 150 THz (corrispondenti a lunghezze d'onda di 2 (m).
Oggi il fotovoltaico si usa nei satelliti e in utenze terrestri molto distanti dalle reti elettriche (anche nel III mondo). La ragione è che la potenza installata costa 4 volte di più di quella convenzionale (4 ¤/kW invece di 1 ¤/kW). Se raggiungeremo i rendimenti sperati del 70% (invece del 16%), l'energia fotovoltaica sarà competitiva con quella tradizionale, si utilizzerà su piccola scala ovunque e ribalterà i rapporti di forza nel settore. Saranno favoriti i Paesi vicini all'equatore. Le quantità sono enormi: coprendo un lago con celle fotovoltaiche su galleggianti anche a latitudini temperate si produce più energia di quella idroelettrica alimentata dal lago stesso.
NOTA - Diagrammi dello spettro solare alla varie frequenze si trovano su:
http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/sun/spectrum.html
http://www.brunel.ac.uk/departments/geo/iainsub/Rsprinc/sld007.htm
