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Una nuova tecnologia potrebbe spingere l’efficienza dei pannelli solari fino al 43%. Il punto di partenza non è la ricerca di materiali capaci di catturare più luce ma qualcosa di meno intuitivo, perché una parte dell’energia raccolta va persa proprio durante la conversione, a volte attraverso fenomeni difficili da individuare. Su uno di questi meccanismi si concentra lo studio dell’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), in Spagna, che propone un approccio diverso per rendere più efficienti le celle fotovoltaiche.
Il gruppo di ricerca ha dimostrato sperimentalmente che è possibile limitare la quantità di luce emessa da una cella solare, agendo così su una delle fonti di dispersione energetica. Secondo gli studiosi, perfezionando ulteriormente questa soluzione si potrebbe arrivare almeno sul piano teorico a un rendimento vicino al 43%, oltre il limite convenzionale previsto per le celle a singola giunzione.
Come funziona la cavità ottica che trattiene la luce
Per capire la portata del risultato bisogna partire da un limite intrinseco del fotovoltaico. Quando la luce colpisce una cella, il materiale semiconduttore assorbe i fotoni e genera cariche elettriche utili a produrre corrente. Non tutta l’energia però si trasforma in elettricità. Una parte si disperde come calore e un’altra viene riemessa dalla cella sotto forma di luce, ed è qui che entra in gioco la cosiddetta perdita di Boltzmann.
Il problema nasce da una differenza di comportamento. La luce del Sole arriva sulla superficie del pannello all’interno di un cono piuttosto stretto, mentre la cella tende a emettere fotoni in una gamma di direzioni molto più ampia. Questa dispersione riduce il lavoro utile che il dispositivo riesce a ricavare dall’energia assorbita, quindi i ricercatori hanno puntato non tanto sulla capacità di catturare la radiazione solare quanto sul modo in cui la cella la restituisce, restringendo l’angolo di emissione.
Per farlo hanno lavorato su una cella organica basata sulla miscela PM6. La modifica principale riguarda l’elettrodo frontale, dove al posto del tradizionale ossido di indio e stagno (ITO) è stato usato un sottile strato di argento. Insieme all’elettrodo posteriore e agli strati intermedi questa configurazione crea una sorta di cavità ottica, progettata per riflettere la luce che tenta di uscire con angoli troppo ampi senza ostacolare l’ingresso della radiazione solare nella direzione utile. Il cono di emissione si restringe e una parte delle perdite energetiche viene contenuta.
Dal limite del 33,16% a un possibile 43%
L’aspetto più interessante riguarda le prospettive. Per le celle a singola giunzione il limite teorico comunemente associato al modello di Shockley e Queisser è pari al 33,16%, un riferimento fondamentale per la fisica del fotovoltaico che descrive le perdite intrinseche considerate dal modello.
Secondo Francisco Bernal Texca, primo autore dello studio, ridurre ancora l’angolo con cui la cella emette luce fino ad avvicinarlo a quello della radiazione in ingresso potrebbe consentire di toccare efficienze prossime al 43%. Va però tenuto distinto ciò che è stato ottenuto da ciò che viene ipotizzato. L’esperimento dimostra che l’emissione dei fotoni si può controllare, ma non ha prodotto una cella con un’efficienza del 43%.
La prova è stata condotta su un dispositivo organico, anche se il principio non sarebbe necessariamente legato a questa famiglia di materiali e il gruppo ritiene che possa essere applicato, almeno in teoria, anche ad altre tecnologie fotovoltaiche. Gli autori sottolineano inoltre che la cavità ottica non richiede un processo di fabbricazione particolarmente complesso rispetto ad altre soluzioni allo studio. Serviranno comunque ulteriori sviluppi per adattare il sistema a dispositivi differenti e soprattutto per valutarne la scalabilità industriale.
Quando arriveranno pannelli più efficienti sul mercato
Per chi sta pensando di installare un impianto fotovoltaico la ricerca resta una prospettiva per il futuro. Non si tratta di una nuova generazione di pannelli pronta per la vendita né di una tecnologia che permetterà a breve di raddoppiare la produzione elettrica di un impianto domestico. I moduli oggi in commercio si collocano generalmente su livelli di efficienza ben inferiori al 43%, mentre il lavoro dell’ICFO riguarda una cella sperimentale e un principio fisico ancora da sviluppare. Al momento non sono state indicate tempistiche per un’eventuale applicazione commerciale.
Se la tecnica si dimostrasse valida anche su scala industriale, il vantaggio potrebbe essere notevole, cioè più energia a parità di superficie installata con una possibile riduzione del costo per watt e della quantità di materiali e spazio necessari. Per ora il contributo principale della ricerca è aver individuato un nuovo modo per affrontare una delle perdite energetiche che limitano le prestazioni del fotovoltaico.
Fonte: TecnoAndroid