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10.03.2022

Da Londra nuovi importanti sviluppi per le celle solari ultrasottili

Un team di ricercatori dello University College e dell’Imperial College  di Londra è riuscito ad aumentare notevolmente l’efficienza delle celle solari ultrasottili utilizzando atomi di argento e bismuto: potrebbero diventare un’alternativa ecologica ed economica alle tecnologie solari attualmente esistenti

Le celle solari più utilizzate tradizionalmente sono quelle a base di silicio, che però hanno dei limiti, poiché si tratta di una tecnologia costosa, che richiede molta energia nella fase di produzione, e che inoltre è abbastanza spessa.

Un’alternativa possono essere le celle solari ultrasottili, che attualmente sono composte principalmente da elementi tossici, come piombo o cadmio, o che contengono elementi rari, come indio o tellurio.

A questo proposito, i ricercatori dello University College di Londra hanno intrapreso uno studio per cercare di trovare un modo per migliorare l’efficienza di un nuovo tipo di cella solare ultrasottile, costituita da nanocristalli che contengono due tipi di atomi, di argento e di bismuto.

Una ricerca che ha unito le risorse e le competenze dell’UCL  con quelle dell’ Imperial College di Londra, i cui gruppi di ricerca si occupano dello studio dei materiali energetici emergenti, come celle solari, batterie e generatori termoelettrici, allo scopo di individuare dispositivi a basso costo e ad alta efficienza che supportino la transizione energetica.

Grazie all’utilizzo di un complesso sistema di modellazione computazionale, i ricercatori hanno scoperto che una diffusione uniforme e in parti uguali degli atomi di argento e bismuto aumenta il quantitativo di luce assorbita dai nanocristalli, portando così a una maggiore generazione di energia.

Partendo da queste osservazioni, gli scienziati dell’ICFO, centro di ricerca d'eccellenza spagnolo nel campo della scienza e della tecnologia della luce, hanno realizzato delle celle solari ultrasottili, con spessore pari a 100 nanometri, riscaldando i nanocristalli e ottenendo una migliore diffusione: in questo modo hanno registrato un’efficienza di conversione di potenza superiore al 9%, che significa che più del 9% dell’energia immessa dalla luce solare è stata convertita in elettricità.

Rispetto all’efficienza che raggiungono le tradizionali celle solari può sembrare un valore basso, ma bisogna tenere conto del fatto che si tratta di una tecnologia ancora nuova, che ha margine di miglioramento. Come sostengono gli autori della ricerca, la sperimentazione su queste celle ha fatto enormi progressi in meno di un decennio,  per cui è chiaro che con ulteriori miglioramenti tecnologici questi dispositivi potrebbero migliorare ancora, fino ad arrivare a eguagliare l’efficienza delle celle solari silicee.

Queste nuove celle ultrasottili sono più sostenibili rispetto a quelle tradizionali, poiché utilizzano elementi che non sono tossici, economici e facilmente reperibili, e i nanocristalli di bismuto hanno dimostrato di essere anche molto stabili, e questo evita il degrado a lungo termine della cella. In aggiunta, il materiale sviluppato nell’ambito di questa ricerca era 10-50 volte più sottile delle attuali tecnologie fotovoltaiche a film sottile e 1.000 volte più sottile di quelle al silicio.

Il professor David Scanlon (UCL) ha dichiarato: “In questo studio dimostriamo che alcuni tipi di disordine sono effettivamente positivi per le prestazioni, poiché ci permettono di arrivare a un'efficienza da record mondiale e, potenzialmente, di aprire nuove direzioni per la ricerca sulle celle solari. Questo lavoro evidenzia ancora una volta il potere della combinazione dei calcoli della teoria funzionale della densità predittiva e degli esperimenti, al fine di ottenere informazioni sulle proprietà dei materiali".

Lo studio, che ha visto la partecipazione di diversi scienziati proveniente dai illustri realtà operanti nel settore della ricerca tecnologica e che è stato sostenuto dal consiglio britannico per le ricerche in ingegneria e fisica EPSRC, dal programma europeo Horizon 2020 e da altri enti, ha portato a enormi progressi nel campo dell’efficienza della tecnologia solare, dimostrando, ancora una volta, come sia essenziale orientarsi verso soluzioni energetiche ecocompatibili e a basse emissioni di carbonio, sia per questioni legate alla sostenibilità che all’economicità dell’energia.

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