Un nuovo design “cattura-luce” e materiali sperimentali: questo il segreto dell’efficienza per il solare a film sottile secondo i ricercatori del MIT di Boston
Il fotovoltaico a film sottile potrebbe essere una scelta molto più economica rispetto al PV tradizionale, impiegando meno d’un centesimo del silicio normalmente richiesto nelle celle “classiche”. Ma, come è ormai risaputo, l’altra faccia della medaglia per questa tecnologia è la minore efficienza dovuta principalmente all’incapacità di intrappolare i fotoni dell’infrarosso e delle lunghezze d’onda vicine. Questo l’ostacolo su cui si sono concentrati Lionel Kimerling, professor di Ingegneria e Scienza dei Materiali, e i suoi colleghi al MIT di Boston. Il lavoro effettuato dai ricercatori statunitensi ha portato alla messa a punto di un nuovo tipo di film sottile, il 15 per cento più efficiente nella conversione della luce rispetto ai modelli attualmente commercializzati.
Il design combina strati riflettenti multipli a formare una griglia di diffrazione sul retro della cella ad un rivestimento antireflesso sulla parte anteriore ed è stato studiato appositamente per prolungare il tempo di percorrenza della luce all’interno del silicio. Invece di utilizzare un supporto metallico, i ricercatori del MIT hanno lavorato la superficie posteriore di una cella solare al silicio per intervenire sulle proprietà di sequestro e riflessione della luce. Come primo passo sono stati incisi una serie di creste e canali, a formare una sorta di reticolo. Su quest’ultimo è stato poi depositati un cristallo fotonico; si tratta di un materiale dielettrico con struttura periodica composta di più strati alternanti di silicio e diossido di silicio, in grado di riflettere la luce, mentre la griglia la rinvia all’interno con un basso angolo di incidenza.
Ciò assicura che qualunque raggio di luce in entrata percorra un lungo cammino all’interno del silicio, “rimbalzando” al suo interno e aumentando di conseguenza la possibilità di conversione.
Ma i ricercatori sono pratici: per realizzare il reticolo di diffrazione hanno impiegato una costosa tecnica chiamata litografia da interferenza e gli strati sono stati depositati uno per uno, con una conseguente perdita di tempo.
Mentre per avere un impatto reale, qualsiasi soluzione deve essere riproducibile su scala e a costi contenuti. Peter Bermel, fisico del MIT che ha partecipato alla realizzazione del progetto, spiega che il suo team sta già valutando altri metodi di produzione, come la litografia per nanoimprint. “Un 35% di aumento dell’efficienza è chiaramente previsto nelle simulazioni” afferma Bermel, “ma la sfida è, ‘È possibile ottenerla nella pratica?’ Questo è ciò su cui stiamo lavorando”.
