I ricercatori dell'Università di Warwick hanno sviluppato un metodo per deformare i semiconduttori nelle celle solari e migliorare così la loro efficienza, generando più energia elettrica dalla luce solare.
Celle solari deformate per replicare l’effetto fotovoltaico anomalo
(Rinnovabili.it) – La nuova promessa del fotovoltaico ad alta efficienza potrebbe arriva dalla rottura degli equilibri. I fisici dell’Università di Warwick, in Gran Bretagna, hanno realizzato delle celle solari deformate con cui andare oltre gli attuali valori massimi d’efficienza. Nello studio “Flexo-Photovoltaic Effect“, pubblicato su Science, gli scienziati descrivono la struttura dei dispositivi fv commerciali e i loro limiti progettuali. La maggior parte delle celle solari presenti sul mercato sono formate da due strati di semiconduttori uniti da una giunzione composta a sua volta da due zone: di tipo p con un eccesso di cariche positive (fori che possono essere riempiti da elettroni) e di tipo n con un eccesso di cariche negative (elettroni). Quando la luce viene assorbita, la giunzione sostiene un campo interno che divide i portatori di carica in direzioni opposte, generando corrente e tensione. Questo elemento è parte integrante della produzione di energia elettrica, ma contiene un limite intrinseco – il limite Shockley-Queisser – il che significa che anche in condizioni ideali solo un massimo del 33,7 per cento dell’energia contenuta nella luce solare può essere convertita in elettricità.
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C’è tuttavia un altro modo in cui alcuni materiali possono raccogliere le cariche prodotte dai fotoni solari: l’effetto fotovoltaico anomalo (o bulk photovoltaic effect). Tale effetto si verifica in alcuni semiconduttori e isolanti in cui la mancanza di una simmetria perfetta attorno al loro punto centrale nella struttura consente la generazione di una tensione notevolmente alta (in alcuni casi anche migliaia di volt). Di contro, tuttavia, questi materiali che mostrano l’effetto fotovoltaico anomalo hanno efficienze di generazione molto basse e non vengono mai utilizzati in sistemi fv.
Cosa c’entrano le celle solari deformate? Semplice: gli scienziati britannici hanno cercato di replicare questa mancanza di simmetria nei dispositivi tradizionali in maniera da massimizzare il loro potenziale di produzione elettrica. I ricercatori hanno usato punte conduttive per deformare i cristalli simmetrici di semiconduttori quali silicio, titanato di stronzio e biossido di titanio, scoprendo di poter fornire a tutti e tre l’effetto fotovoltaico di massa. Due i principali vantaggi così ottenibili, come spiegano i fisici “Non è necessario formare alcun tipo di giunzione: qualsiasi semiconduttore con un migliore assorbimento della luce può essere selezionato per le celle solari. E, infine, il limite termodinamico finale dell’efficienza di conversione della potenza, il cosiddetto limite Shockley-Queisser, può essere superato”.
