Fotovoltaico, le celle solari sottili sono il futuro: raggiunto il record di efficienza in laboratorio

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Stop a pannelli solari pesanti, rigidi e spessi: con le celle solari sottili anche questo problema potrebbe essere presto aggirato: raggiunto in laboratorio il record di efficienza pari al 65% contro il 25 attuale. Lo studio, condotto da Amolf (Paesi Bassi), Surrey University (Regno Unito) e Imperial College (Regno Unito), potrebbe essere davvero il primo passo verso la rivoluzione rinnovabile.

Le celle solari al silicio hanno dimostrato di essere il campione della tecnologia fotovoltaica, poiché utilizzano materie prime abbondanti sulla Terra, come il silicio, e funzionano ormai con un’elevata efficienza. Tuttavia, si basano su wafer spessi, rigidi e pesanti e possono quindi essere installati solo in un numero limitato di posti.

Uno dei modi per superare questo svantaggio è utilizzare invece membrane sottili, che innanzitutto riducono il consumo di silicio di oltre il 99% e che rendono le celle flessibili e leggere, in questo modo facilmente integrabili negli edifici, nell’architettura urbana e persino nei piccoli gadget quotidiani.

Ma ora le membrane di Si così sottili non possono assorbire la luce in modo altrettanto efficiente, raggiungendo finora una percentuale pari al 25% e quindi di conversione ancora inferiore, non essendo quindi paragonabili ai pannelli classici.

Ma tutto sta per cambiare

Utilizzando una nuova architettura di nanostrutture, i ricercatori hanno trovato un modo per rendere opache le celle fotovoltaiche sottili, migliorandone sensibilmente l’efficienza. In laboratorio, hanno infatti misurato un assorbimento di luce pari al 65% molto vicino al limite di assorbimento teorico finale di circa il 70%. È la prima volta nella storia, un vero record che ci avvicina alla rivoluzione rinnovabile.

La nanostruttura reindirizza la luce solare diretta in un “labirinto” di angoli, intrappolandola così all’interno della membrana di silicio che ha quindi una probabilità molto più alta di assorbirla nonostante il suo spessore ridotto.

@Amolf

E c’è di più: i ricercatori hanno infatti dimostrato anche che non esiste una soluzione unica, ma piuttosto un’intera famiglia di modelli che offrono un’elevata flessibilità di progettazione senza compromettere le prestazioni ottiche. E questo incrementa di molto le chance che la tecnologia possa arrivare alla scalabilità industriale.

Sulla base delle elevate prestazioni di intrappolamento della luce dei nostri modelli – Esther Alarcon Llado, che ha guidato il lavoro – stimiamo che si potrebbero ottenere efficienze fotovoltaiche superiori al 20% per una cella c-Si spessa 1 μm, il che rappresenterebbe una svolta assoluta verso la flessibilità e la leggerezza dei wafer

Con un vantaggio in più: gli assorbitori di silicio più sottili sono infatti più tolleranti ai difetti elettronici rispetto alle controparti spesse: ciò significa che le celle sottili ad alta efficienza potrebbero anche essere realizzate con silicio di qualità inferiore, riducendo così il fabbisogno energetico per la purificazione del silicio grezzo.

Il fotovoltaico sottile con motivi iperuniformi è una tecnologia molto promettente – conclude la ricercatrice – Anche se c’è ancora molto lavoro da fare per rendere le celle così sottili ad alta efficienza una vera realtà operativa. questo lavoro ci rende molto ottimisti sul fatto che ciò accadrà presto

Il lavoro è stato pubblicato su ACS Photonics.

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Fonti: Amolf / ACS Photonics

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