La ricerca sul fotovoltaico tandem è iniziata al Fraunhofer ISE oltre trent’anni fa
(Rinnovabili.it) – La nuova cella solare III-V / Si del Fraunhofer ISE converte il 35,9% della luce solare incidente in energia elettrica. Un valore record per il fotovoltaico tandem, che rispolvera le potenzialità del silicio cristallino. Gli scienziati di Friburgo, infatti, non hanno solo conquistato un nuovo primato mondiale in termini di efficienza ma hanno anche confermato che per il “vecchio” semiconduttore c’è ancora una nuova strada da percorrere.
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Il concetto alla base della multigiunzione è sempre lo stesso. Semiconduttori diversi, ciascuno con proprietà differenti, sono assemblati assieme per assorbire una porzione più ampia dello spettro solare. E, di conseguenza, raggiungere una resa maggiore.
La cella solare III-V / Si realizzata dal Fraunhofer ISE è di tipo monolitico. In altre parole, gli strati di semiconduttori III-V sono collegati direttamente alla sotto-cella in silicio a livello atomico; se visto dall’esterno, il prodotto assomiglia a una convenzionale cella solare a due contatti, nonostante sia in grado di raggiungere lo stesso livello di efficienza della migliore struttura tandem a quattro terminali.
Come è stato raggiunto un tale risultato? A spiegarlo è Patrick Schygulla, dottorando presso il Dipartimento di fotovoltaico III-V e tecnologia dei concentratori del Fraunhofer ISE. “L’uso di un nuovo semiconduttore composto (GaInAsP) per la cella centrale è stato un passo fondamentale per migliorare il valore dell’efficienza. Il materiale ci ha permesso di aumentare ulteriormente la vita utile dei portatori di carica e quindi di ottenere una tensione di cella più elevata. È fantastico vedere come tale sviluppo abbia contribuito a migliorare anche le celle solari a tripla giunzione III-V /Si”.
La cella solare III-V / Si strizza l’occhio al fotovoltaico integrato
Per questo fotovoltaico ad alta efficienza il futuro spicca letteralmente il volo. Le celle solari tandem III-V /Si trovano interessanti applicazioni in tutte quelle aree in cui la generazione elettrica per area gioca un ruolo importante. Come, ad esempio, aerei elettrici e droni. Peccato che i costi di produzione siano ancora notevolmente superiori a quelli delle classiche celle solari singole in silicio. Ciò è dovuto per lo più alla difficile fase di deposizione degli strati III-V sul silicio e ai numerosi processi aggiuntivi nella fabbricazione.
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In questo contesto, il team del Fraunhofer sta lavorando intensamente per rendere la produzione più efficiente in termini di costi. E quindi accorciare le distanze con il mercato di massa. “I semiconduttori III-V su silicio sono uno dei nostri approcci per utilizzare strutture in tandem”, aggiunge il direttore dell’istituto, il prof. Andreas Bett. “Ci vorranno alcuni anni prima che i moduli della cella solare mostrata oggi siano disponibili sul mercato; tuttavia, si tratta di un percorso importante e lungimirante per un’espansione fotovoltaica necessaria ad un approvvigionamento energetico sostenibile”.