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La ricerca nel settore dell’energia solare è in continuo fermento in tutto il mondo, ora molta ricerca che riguarda le celle solari si spingono verso la progettazione di modelli in cui l’assorbimento di fotoni tende ad essere il maggiore possibile. E come spesso accade nel settore pubblichiamo notizie provenienti dal MIT, l’istituto di notevole influenza dove alcuni ricercatori hanno scoperto un nuovo tipo di celle solari al silicio che potrebbero essere molto più efficienti e meno del costose di quelle attualmente utilizzate nei pannelli fotovoltaici convenzionali. Lionel Kimerling e colleghi hanno presentato i risultati del primo prototipo di cella solare in una recente riunione del Materials Research Society di Boston. Il design della nuova cella solare combina un riflettore molto efficace sul retro della cella un rivestimento antiriflesso nella parte anteriore aiutandola ad intrappolare un’ampia gamma dello spettro luminoso.
I ricercatori hanno applicato il nuovo sistema ad una sottile cella solare al silicio cellule di circa cinque micron di spessore. Il loro prototipo di questa cella solare è il 15% più efficiente a convertire la luce in energia elettrica delle altre concorrenti in commercio. Bermel Peter del team e socio della StarSolar afferma che sofisticate simulazioni al computer suggeriscono che gli utili in termini di efficienza potranno essere di gran lunga maggiore. Il film sottile composto da queste celle solari al silicio potrebbe essere meno costoso rispetto a quello convenzionale in quanto questo dispositivo utilizza centinaia di volte meno materiale.
Le celle solari convenzionali infatti arrivano ad utilizzare wafer di silicio di circa 200 micron di spessore. A scapito delle molteplici applicazioni possibili, il film sottile convenzionale soffre di minore efficienza, ciò è principalmente a causa del fatto che la luce nella gamma del rosso e vicino agli infrarossi non rimane intrappolata all’interno del film sottile di silicio abbastanza a lungo per essere assorbita. Le celle solari sono sostenuti con un strato di metallo, di solito in alluminio in grado di riflettere la luce. Ma questo sistema non funziona molto bene, e della luce entrata all’interno della cella solare al silicio, il 30% viene persa ogni volta che rimbalza fuori dal metallo.
Invece di utilizzare un supporto in metallo, i ricercatori del MIT hanno utilizzato una superficie di cristalli fotonici che riflette la luce, mentre un reticolo dirige questa luce ancora verso il silicio per essere assorbita. All’interno di questo sistema la luce continua a rimbalzare all’interno e attorno del silicio senza scappare. Più questa luce non viene rimbalzata via, tanto più è probabile che sarà assorbita e convertita in energia elettrica.
“Questo lavoro dimostra l’importanza di migliorare le prestazioni delle tecnologie solari a film sottile“, spiega Stephen Saylor, CEO di SiOnyx, la quale sta assumendo un approccio diverso per aumentare l’assorbimento del rosso e della luce a infrarossi nei dispositivi a silicio sottile. La società infatti produce una cella solare con una superficie interna con una rugosità in nanoscala che aiuta ad assorbire tutta la gamma del visibile e della luce a infrarossi. Nel frattempo, presso il Laboratorio di Ames, il fisico Biswas Rana e colleghi stanno usando cristalli fotonici per rendere il silicio amorfo nelle celle solari più efficiente. I loro cristalli fotonici sono compostoìi da un reticolo di piccoli cilindri di silicio all’interno di uno strato di ossido di indio-stagno. Si potrebbe aumentare l’efficienza così delle celle solari a film sottile ad un massimo del 15 per cento. Ma il loro silicio amorfo che utilizzano nelle celle solari ha uno spessore di 0,5 micron, un decimo dei dispositivi creati al MIT. “Generalmente il silicio amorfo utilizzato nel film sottile è molto meno rispetto al tradizionale silicio in modo che il costo scenda”, spiega Biswas. “O addirittura potrebbe questo essere depositato direttamente sulla plastica. Per renderlo ancora più economico”.
I ricercatori del MIT mirano a rendere il film sottile al silicio abbastanza efficiente per competere con le celle solari convenzionali, spiega Bermel. Con l’ottimizzazione del reticolo fotonico, i ricercatori potrebbero spremere al massimo l’efficienza delle celle solari, aumentandola al 13%. Che sarebbe comparabile con il 13-15% dell’efficienza di alcune celle solari convenzionali. I ricercatori hanno necessità comunque di trovare una tecnica di fabbricazione che permetta loro di rendere le celle solari facilmente ed economicamente convenienti su larga scala e a basso costo. “L’ultima questione che deve essere risolta infatti è la scalabilità del processo” dice Saylor. “Per avere un impatto reale, dobbiamo studiare una soluzione che risolva il problema di una produzione di massa”. Bermel comunque conclude che il suo team sta già prendendo in considerazione altri metodi di produzione del film sottile.
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