La tecnologia multigiunsione per superare il imiti di efficienza del silicio nel fotovoltaico

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L’aumento d’efficienza dei pannelli solari è una leva fondamentale per ridurre i costi complessivi dei sistemi fotovoltaici, in particolare in aree che presentato limiti all’installazione. Uno dei percorsi più promettenti per incrementare la produzione- quando non è possibile applicare sistemi di tracciamento solare o dispositivi di concentrazione ottica – è la “stratificazione” di materiali avanzati sopra al tradizionale silicio.

L’ultimo progresso raggiunto in questo campo arriva da un gruppo di ricercatori dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign. Il team, guidato dall’ingegnere Minjoo Larry Lee, ha messo a punto un processo di fabbricazione controllato con precisione, capace di innalzare l’efficienza dei pannelli solari multistrato di 1,5 volte. “Il fotovoltaico in silicio è il più diffuso sul mercato perché è economico e può convertire poco più del 20% della luce solare in elettricità utilizzabile”, ha spiegato Lee, professore di ingegneria elettrica e informatica. “Tuttavia, proprio come i chip al silicio dei computer”, anche le celle solari a base di questo semiconduttore “stanno raggiungendo il limite delle loro capacità; quindi trovare un modo per aumentare l’efficienza è interessante per i fornitori di energia e i consumatori”.

Il gruppo di Lee ha lavorato per stratificare il fosfuro di arseniuro di gallio – più comunemente noto con la sigla GaAsPsul silicio, in maniera tale che i due materiali si completassero a vicenda in termini prestazionali. Entrambi assorbono la luce visibile, ma il GaAsP lo fa generando meno calore di scarto. Al contempo, il silicio eccelle nel convertire l’energia dalla parte infrarossa dello spettro solare.

“È come una squadra sportiva. Avrai alcuni giocatori veloci, alcuni forti e altri con grandi capacità difensive”, ha affermato lo scienziato. “In modo simile, le celle solari in tandem lavorano come una squadra e sfruttano le migliori proprietà di entrambi i materiali per creare un unico dispositivo più efficiente”.

La tecnologia multigiunzione non è ovviamente una novità, ma la produzione di celle che mantengano anche nella pratica l’efficienza teorica non è un passaggio così scontato. Nel caso del mix Si-GaAsP, durante la fabbricazione possono crearsi importanti difetti all’interfaccia tra i due semiconduttori. Piccole imperfezioni si formano, infatti, ogni volta che materiali con struttura atomica diversa vengono stratificati sul silicio, compromettendo sia le prestazioni che l’affidabilità. “Ogni volta che si passa da un materiale all’altro, c’è sempre il rischio di creare qualche disordine nella transizione”, ha aggiunto Lee. “Shizhao Fan, l’autore principale dello studio, ha sviluppato un processo per formare interfacce incontaminate nella cella al GaAsP, che ha portato a un grande miglioramento rispetto al nostro lavoro precedente in questo settore”.

“Alla fine, una società di servizi pubblici potrebbe utilizzare questa tecnologia per ottenere 1,5 volte più energia dalla stessa quantità di terreno con i sui impianti fotovoltaici, oppure un consumatore potrebbe sfruttare 1,5 volte meno spazio per i pannelli solari sul tetto”. Gli scienziati dovranno risolvere alcuni nodi prima di poter puntare alla commercializzazione, ma sono convinti che il settore ne possa intuire fin da subito i benefici. La ricerca è stata pubblicata su Cell Reports Physical Science (testo in inglese). (Fonte: rinnovabili.it)