Nuovo record di efficienza per il fotovoltaico di III generazione
(Rinnovabili.it) – Le classiche celle solari al silicio (Si) dominano in maniera quasi indisturbata il mercato fotovoltaico mondiale. Ma, dopo anni di ricerca e miglioramenti, questa tecnologia è ormai prossima alla massima efficienza teorica raggiungibile, ossia il 29,4%. Per spingere oltre le prestazioni, senza abbandonare il silicio, l’approccio più immediato è quello del fotovoltaico di terza generazione: diversi semiconduttori – per sfruttare le differenti lunghezze d’onda dello spettro solare – impilati uno sopra l’altro in base ai rispettivi valori di energia di gap. Il risultato è una cella multigiunzione con un limite di efficienza teorica (immaginando una pila infinita di celle operanti indipendentemente) dell’86,8 %.
Attualmente la ricerca è ancora ben lontana da valori così alti, ma il range prestazionale si alza ogni anno. L’ultimo record in questo campo è quello raggiunto dagli scienziati del Fraunhofer ISE assieme ai colleghi dell’Università Philipps di Marburg: una cella solare tandem III-V / Si in grado di trasformare in elettricità il 22,3% della luce incidente. Il valore è interessante non solo perché rappresenta un record mondiale per questo tipo di fotovoltaico di III generazione, ma anche perché è stato ottenuto facendo crescere gli strati di semiconduttori III-V, come l’arseniuro di gallio, direttamente sul silicio.
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Questo tipo di approccio è uno dei meno costosi oggi a disposizione ma anche quello più complicato sotto il profilo tecnico. La struttura atomica, infatti, deve essere controllata con estrema precisione durante la fase di crescita in modo che gli atomi di gallio e fosforo si sistemino correttamente a livello dell’interfaccia con il silicio. Inoltre, la distanza tra gli atomi nel reticolo cristallino deve essere aumentata al fine di produrre l’arseniuro di gallio. I ricercatori hanno lavorato su queste sfide per oltre dieci anni e finalmente oggi sono in grado di notevolmente la densità dei difetti negli strati di semiconduttore III-V.
“Siamo felici di questo risultato nel campo della crescita diretta dei semiconduttori III-V sul silicio, un importante approccio di ricerca per le celle solari tandem”, afferma Andreas Bett, direttore dell’Istituto Fraunhofer ISE. “A Friburgo stiamo attualmente costruendo un nuovo centro di ricerca per il fotovoltaico ad alta efficienza. Il nostro lavoro sulle celle tandem verrà effettuato nelle nuove strutture a partire dal 2020. Con l’infrastruttura tecnica migliorata, ci aspettiamo che gli sviluppi delle celle solari multi-giunzione basate sul silicio acceleri rapidamente”.
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