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Celle fotovoltaiche: una piccola lavorazione al silicio ne aumenta l’efficienza
Una gruppo di ricercatori ha scoperto un metodo per far crescere l’efficienza delle celle fotovoltaiche oltre al loro attuale limite del 33,7%
Un team di ricercatori dell’Università di Warwick ha scoperto che una piccola variazione nella forma dei semiconduttori delle celle fotovoltaiche può permettere di superare l’attuale limite di produzione del 33,7% consentendo di aumentarne l’efficienza complessiva.
Il fotovoltaico è una delle tecnologie rinnovabili più diffuse, ma i livelli di efficienza che i pannelli solari possono raggiungere sono ancora limitati, per questo motivo sono molti i gruppi di ricerca che studiano soluzioni che massimizzino l’efficienza di questi impianti. Uno dei più recenti e positivi risultati in quest’ambito è stato raggiunto da un team di fisici dell’Università di Warwick, in Inghilterra, i quali hanno scoperto un modo per ottenere più energia dallo stesso pannello solare semplicemente deformando la superficie dei cristalli semiconduttori.
I risultati dello studio realizzato dal gruppo di ricerca sono stati recentemente pubblicati nel giornale online settoriale “Science” con un articolo intitolato “Flexo-Photovoltaic Effect” e redatto dai professori Marin Alexe, Ming-Min Yang e Dong Jik Kim.
I pannelli fotovoltaici disponibili in commercio sono tutti composti allo stesso modo: sono formati da due strati di silicio, che è un materiale semiconduttore; uno dei due è in silicio di tipo P (positivo) ed ha una serie di fori che possono raccogliere elettroni, mentre l’altro è in silicio N che è caratterizzato da un eccesso di elettroni. Tra i due strati vi sono delle giunzioni che, nel momento in cui il pannello è colpito da raggi solari, permettono il movimento degli elettroni tra uno strato e l’altro, e la conseguente produzione di energia elettrica.
Tutte le cellule fotovoltaiche disponibili sul mercato sono caratterizzate da un limite fisico denominato “Shockley-Queisser” che limita la quantità di luce solare trasformabile in energia elettrica a solo il 33,7% di quella totale. I ricercatori dell’Università di Warwick hanno quindi studiato un modo che permetta di aggirare questo limite e di produrre energia in modo più efficiente: lo hanno fatto partendo dal Bulk Photovoltaic Effect, un effetto che è stato riscontrato con altri materiali semiconduttori o isolanti caratterizzati da un’asimmetria maggiore nel punto centrale delle giunzioni.
Questa particolare caratteristica sfortunatamente è tipica dei materiali che per loro natura hanno una bassa efficienza che non li rende adatti ad essere utilizzati nella creazione di celle fotovoltaiche, tuttavia la loro conformazione asimmetrica consente di generare una tensione altissima.
Il team di fisici partendo da questa considerazione ha deciso di provare a deformare meccanicamente dei singoli cristalli di silicio, stronzio di titanio e biossido di titanio (materiali particolarmente adatti alla costruzione delle celle fotovoltaiche) in modo da dotarli di una struttura non centrosimmetrica e da innalzarne così il livello di efficienza ben oltre il limite del 33,7%.
Il professor Alexe ha commentato: “Ampliare la gamma di materiali che possono permettere di trarre vantaggio dal bulk photovoltaic effect può provocare numerosi vantaggi: non è necessario formare alcun tipo di giunzione, qualsiasi semiconduttore con un buon livello di assorbimento può essere scelto per costituire delle celle solari, e può essere finalmente superato il limite di efficienza Shockley-Queisser. Per riuscire a creare celle fotovoltaiche di questo genere è necessario superare dei limiti ingegneristici di processo, una fatica però che potrebbe essere più che ripagata dal possibile aumento di efficienza che si andrebbe a creare. Anche solo l’aumento di un punto percentuale in questo senso potrebbe creare un immenso valore commerciale sia per i produttori che per i fornitori”.
Il fotovoltaico è una delle tecnologie rinnovabili più diffuse, ma i livelli di efficienza che i pannelli solari possono raggiungere sono ancora limitati, per questo motivo sono molti i gruppi di ricerca che studiano soluzioni che massimizzino l’efficienza di questi impianti. Uno dei più recenti e positivi risultati in quest’ambito è stato raggiunto da un team di fisici dell’Università di Warwick, in Inghilterra, i quali hanno scoperto un modo per ottenere più energia dallo stesso pannello solare semplicemente deformando la superficie dei cristalli semiconduttori.
I risultati dello studio realizzato dal gruppo di ricerca sono stati recentemente pubblicati nel giornale online settoriale “Science” con un articolo intitolato “Flexo-Photovoltaic Effect” e redatto dai professori Marin Alexe, Ming-Min Yang e Dong Jik Kim.
I pannelli fotovoltaici disponibili in commercio sono tutti composti allo stesso modo: sono formati da due strati di silicio, che è un materiale semiconduttore; uno dei due è in silicio di tipo P (positivo) ed ha una serie di fori che possono raccogliere elettroni, mentre l’altro è in silicio N che è caratterizzato da un eccesso di elettroni. Tra i due strati vi sono delle giunzioni che, nel momento in cui il pannello è colpito da raggi solari, permettono il movimento degli elettroni tra uno strato e l’altro, e la conseguente produzione di energia elettrica.
Tutte le cellule fotovoltaiche disponibili sul mercato sono caratterizzate da un limite fisico denominato “Shockley-Queisser” che limita la quantità di luce solare trasformabile in energia elettrica a solo il 33,7% di quella totale. I ricercatori dell’Università di Warwick hanno quindi studiato un modo che permetta di aggirare questo limite e di produrre energia in modo più efficiente: lo hanno fatto partendo dal Bulk Photovoltaic Effect, un effetto che è stato riscontrato con altri materiali semiconduttori o isolanti caratterizzati da un’asimmetria maggiore nel punto centrale delle giunzioni.
Questa particolare caratteristica sfortunatamente è tipica dei materiali che per loro natura hanno una bassa efficienza che non li rende adatti ad essere utilizzati nella creazione di celle fotovoltaiche, tuttavia la loro conformazione asimmetrica consente di generare una tensione altissima.
Il team di fisici partendo da questa considerazione ha deciso di provare a deformare meccanicamente dei singoli cristalli di silicio, stronzio di titanio e biossido di titanio (materiali particolarmente adatti alla costruzione delle celle fotovoltaiche) in modo da dotarli di una struttura non centrosimmetrica e da innalzarne così il livello di efficienza ben oltre il limite del 33,7%.
Il professor Alexe ha commentato: “Ampliare la gamma di materiali che possono permettere di trarre vantaggio dal bulk photovoltaic effect può provocare numerosi vantaggi: non è necessario formare alcun tipo di giunzione, qualsiasi semiconduttore con un buon livello di assorbimento può essere scelto per costituire delle celle solari, e può essere finalmente superato il limite di efficienza Shockley-Queisser. Per riuscire a creare celle fotovoltaiche di questo genere è necessario superare dei limiti ingegneristici di processo, una fatica però che potrebbe essere più che ripagata dal possibile aumento di efficienza che si andrebbe a creare. Anche solo l’aumento di un punto percentuale in questo senso potrebbe creare un immenso valore commerciale sia per i produttori che per i fornitori”.
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