La ricerca fotovoltaica cerca di spostare il limite teorico delle celle solari in silicio al 35%
(Rinnovabili.it) – Per ogni materiale fotovoltaico esiste un valore massimo di efficienza teorica, ossia un limite alla quantità di energia solare che può essere trasformata in elettricità. Per le celle solari in silicio tale valore è pari 29,1% della luce incidente ma, essendo il prodotto più diffuso sul mercato, da anni l’industria sta tentando strategie tecniche per alzare tale percentuale. Una di queste riguarda la relazione fotone-elettrone. Nei semiconduttori delle celle tradizionali, ogni fotone incidente cede tutta la sua energia ad un elettrone, che si libera così dai legami chimici e inizia a muoversi all’interno del materiale. Una relazione uno-a-uno che si mantiene inalterata anche se anche se quel fotone ha trasportato il doppio dell’energia necessaria per liberare un elettrone.
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Una parte della ricerca di settore sta studiando un metodo per ottenere l’estrazione di due elettroni per fotone (anziché uno), aprendo così la porta a celle solari in grado di superare i propri limiti teorici d’efficienza. Dopo anni di impegno in tal senso, il MIT è convinto d’aver individuato la strada giusta. Nell’articolo pubblicato in questi giorni su Nature (testo in inglese), un gruppo di scienziati del MIT assieme a colleghi della Princeton University spiegano come sono riusciti ad ottenere questo potenziamento nelle celle solari in silicio. La soluzione si trova in una classe di materiali, ben noti, che possiedono “stati eccitati” chiamati eccitoni. Si tratta, spiegano gli scienziati di “pacchetti di energia che si propagano come gli elettroni di un circuito” ma con proprietà abbastanza diverse dagli elettroni. “Puoi usarli per cambiare l’energia, puoi tagliarli a metà, puoi combinarli”.
Il lavoro del gruppo è stato quello di integrare questa capacità nel silicio, materiale che non possiede eccitoni. La chiave di svolta è arrivata grazie al collegamento del silicio con un cristallo organico, il tetracene, attraverso un sottile strato intermedio di ossinitride di afnio. Il tetracene è un materiale in grado operare questa sorta d moltiplicano dell’energia: esposto alla luce assorbe prima un fotone, formando un eccitone che subisce rapidamente fissione in due stati eccitati (fenomeno fisico noto come fissione di singoletto o single fission), ciascuno con metà dell’energia dello stato originale.
Lo strato di ossinitride di afnio ha agito come ponte per gli stati eccitati fino al silicio. Il meccanismo produce un raddoppiamento della quantità di energia e gli scienziati sono convinti che in tal modo il limite teorico possa essere spostato fino a un massimo del 35%.
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