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Fotovoltaico innovativo: le scoperte che rivoluzionano l’energia del sole

Le scoperte in termini di fotovoltaico innovativo sono all’ordine del giorno. Dalle celle solari deformate alle nanosfere, la ricerca nel settore presenta sempre novità, capaci di produrre fino al 20 per cento in più di energia

Celle solari deformate. La nuova promessa del fotovoltaico ad alta efficienza arriva dai fisici dell’Università di Warwick, in Gran Bretagna, capaci di realizzare celle solari deformate con cui andare oltre gli attuali valori massimi d’efficienza. È quanto evidenzia lo studio Flexo-Photovoltaic Effect, pubblicato su Science, in cui gli scienziati descrivono la struttura dei dispositivi fv commerciali e i loro limiti progettuali. “È altamente desiderabile scoprire meccanismi fotovoltaici che consentano una maggiore efficienza delle celle solari. Nel nostro studio – spiegano i ricercatori – riportiamo che l’effetto fotovoltaico in massa, che è esente dal limite termodinamico di Shockley-Queisser ma si manifesta solitamente solo in materiali non centrosimmetrici (piezoelettrici o ferroelettrici), può essere realizzato in qualsiasi semiconduttore, incluso il silicio, mediante mediazione dell’effetto flexoelettrico. Introduciamo gradienti di deformazione utilizzando un microscopio a forza atomica o un sistema di indentazione su scala di micron, creando gigantesche correnti fotovoltaiche da singoli cristalli centrosimmetrici di SrTiO3, TiO2 e Si. Questo effetto fotovoltaico in massa indotto dalla deformazione, che chiamiamo effetto flexo-fotovoltaico, funziona in assenza di una giunzione p-n. Questa scoperta potrebbe estendere le attuali tecnologie delle celle solari aumentando l’efficienza di conversione dell’energia solare da un ampio pool di semiconduttori affermati”.  In sintesi, quando le celle vengono colpite dai raggi solari, la giunzione sostiene un campo interno che divide le cariche in direzioni opposte, generando corrente. Questo principio però contiene un limite intrinseco, conosciuto come limite Shockley-Queisser. In pratica, anche in condizioni ideali solo il 33,7 per cento dell’energia contenuta nella luce solare può essere convertita in elettricità.

Celle solari deformate ed effetto fotovoltaico anomalo. L’effetto fotovoltaico anomalo si verifica in alcuni semiconduttori e isolanti, in cui la mancanza di una simmetria perfetta nella struttura consente di generare una carica di tensione notevolmente alta. Gli scienziati hanno cercato di replicare questa condizione nelle celle tradizionali, in modo da massimizzare il loro potenziale di produzione elettrica. Gli esperimenti sono stati condotti in semiconduttori di silicio, titanato di stronzio e biossido di titanio, riuscendo, per tutti e tre, a ottenere l’effetto fotovoltaico di massa e superando, quindi, il limite Shockley-Queisser.

Pellicola di nanosfere. Dagli Stati Uniti arriva una nuova ricerca sul coating dei moduli fotovoltaici. Gli scienziati del Nist, National Institute of Standards and Technology – l’istituto federale Usa,  parte del Dipartimento Usa del Commercio, che sviluppa tecnologie innovative nei diversi campi delle scienze fisiche – hanno applicato un rivestimento di micro-perline di vetro sulle celle solari, che incrementa del 20 per cento l’assorbimento luminoso, grazie a un effetto di risonanza simile a quello delle onde sonore in una galleria acustica. In pratica, quando la luce colpisce il nano-film, le onde luminose viaggiano tra le ondulazioni incrementando l’efficienza complessiva del modulo fotovoltaico, perché le celle sono in grado di assorbire una quantità maggiore di lunghezze d’onda dello spettro solare. Gli scienziati sono convinti che il rivestimento potrà essere integrato nelle produzioni di pannelli fotovoltaici su scala commerciale a basso costo, perché hanno adattato una tecnica veloce ed economica, già impiegata in altri processi industriali, per “spalmare” le micro-sfere sulle celle FV. Questo studio per la prima volta ha esplorato l’utilizzo delle “gallerie acustiche per la luce” nelle applicazioni solari: Nanoscale imaging of photocurrent enhancement by resonator array photovoltaic coatings con la sintesi divulgativa pubblicata in una nota del NIST.

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