Nuovo record: celle fotovoltaiche al 42.8% di efficienza

Il segreto della cella al silicio più efficiente del mondo è un sistema di concentrazione ottico laterale in grado di assorbire il 100% della radiazione luminosa, evitando l’uso di un dispositivo di inseguimento solare

Nel mese di novembre del 2005, l’Università del Delaware ha ricevuto circa 13 milioni di dollari come fondi di investimento per le fasi iniziali del programma che dovrà produrre la cella solare più efficiente del mondo, il cosiddetto DARPA Very High Efficiency Solar Cell (VHESC), con l’obiettivo di sviluppare caricabatterie portatili e celle fotovoltaiche. Grazie a questo progetto, incentivato anche da DuPont, azienda chimica di fama mondiale, una squadra di ricercatori dell’Università del Delaware, il “primo” degli Stati Uniti d’America, sono riusciti nell’impresa di implementare il livello di efficienza delle celle di silicio, portandole dal famoso ultimo primato del 40.7% detenuto dalla Spectrolab, società statunitense della compagnia Boeing produttrice di celle e moduli fotovoltaici per lo spazio, ad un incredibile 42.8%. Questa percentuale, che costituisce un record inaspettato e senza precedenti, è stata raggiunta accoppiando una serie di innovazioni tecnologiche di ultima generazione ad una cella al silicio cristallino ad altissime prestazioni. La ricerca è stata coordinata da Allen Barnett e da Christiana Honsberg, ricercatori e professori di ingegneria elettrica e informatica all’Università del Delaware (UD), che stanno portando avanti il progetto di efficienza delle celle solari (High Performance Solar Power Program) per raggiungere l’obiettivo del 50% entro il 2010. Il programma è regolato dal Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), l’Agenzia della Difesa per progetti di ricerca avanzata. L’innovativa cella fotovoltaica non solo è la prima a così alto rendimento, ma presenta un design e dimensioni tali da prevedere una sua facile integrazione in oggetti tecnologici di uso comune come i personal computer, i caricabatterie portatili e ovviamente i tetti delle nostre case, ed è stata sviluppata, ideata e prodotta, in un periodo di tempo molto breve, solamente ventuno mesi. Il precedente livello di efficienza del 40.7% era stato raggiunto con un dispositivo di concentrazione dell’energia, che richiedeva un sistema di inseguimento con ottica sofisticata, composto da una lente dalle dimensioni spropositate, ovvero grande come un tavolo di lavoro con uno spessore di circa 30 cm, al contrario della tecnologia utilizzata nei laboratori della UD, che possono vantare un dispositivo dallo spessore non superiore al centimetro. Afferma inoltre l’ingegner Honsberg che il miglioramento di oltre due punti di percentuale è una conquista di considerevole rilevanza, poiché in questo tipo di tecnologia avanzamenti dell’ordine di 0.2% sono solitamente considerati alti, e quando si riesce ad ottenere un intero punto di percentuale in più vengono divulgati come grandi scoperte e innovazioni significative. Gli ingegneri Barnett e Honsberg confermano che questo risultato è da ricondurre principalmente alla forma architettonica della cella, sviluppata nel programma di ricerca avanzata della DARPA. Infatti in questa cella si integrano due aspetti fondamentali, cioè il design ottico e quello innovativo della cella di silicio, per raggiungere un obiettivo diverso dai precedenti, ovvero elaborare un nuovo modo di produrre le celle stesse che ne modifichi l’utilizzo e le prestazioni. La cella solare altamente efficiente di VHESC usa un nuovo sistema di concentrazione ottico laterale che scinde la radiazione solare in tre diversi scomparti di energia: massimo, medio e basso livello. I tre livelli vengono successivamente deviati su celle costituite da vari materiali a diversa sensibilità in modo da coprire e assorbire tutto lo spettro solare. Il concentratore è stazionario e presenta un sistema ottico ad ampio angolo di captazione, che elimina del tutto l’esigenza di dispositivi di inseguimento. Inutile negarlo, la tecnologia VHESC troverebbe sicuro impiego in campo militare, dove le apparecchiature richiedono un altro livello tecnologico e alte prestazioni. Infatti gli obiettivi iniziali del programma DARPA sono nati a scopo militare poiché mirano a ridurre il peso della batteria dell’equipaggiamento del soldato di fanteria (oggi i soldati americani trasportano una zavorra che pesa quasi 100 libbre di cui circa 20 libbre sono costituite dalle batterie necessarie a coprire una carica di tre giorni), per migliorare la mobilità, la resistenza e la disponibilità delle tecnologie elettroniche avanzate sul campo di battaglia. Visto l’alto livello di prestazioni raggiunte dal consorzio VHESC, la DARPA sta già promuovendo l’inizio di una fase successiva del programma di ricerca della durata di tre anni, costituendo un fondo di finanziamento per la DuPont-University of Delaware, formatasi di recente con il VHESC Consortium, del valore di 100 milioni di dollari. Questa conquista tecnologica ha visto l’impegno di più parti, provenienti dal mondo dell’industria e dal mondo dell’istruzione universitaria e della ricerca. I soci che hanno fatto parte di questo progetto, almeno nella fase iniziale, sono stati: BP Solar, Blue Square Energy, Energy Focus, Emcore e SAIC, aziende e agenzie di produzione, fornitura e sviluppo della tecnologia delle celle fotovoltaiche ad alto rendimento tra le migliori al mondo, oltre a diverse università, l’Università del Delaware, con il laboratorio nazionale di energia rinnovabile, l’Istituto di Tecnologia della Georgia, l’Università di Purdue, l’Università di Rochester, il Massachusetts Institute of Technology, l’Università della California Santa Barbara e l’Associazione di Ricerca Ottica e l’Università Nazionale, entrambe australiane. L’aver creato un laboratorio virtuale formato dalla presenza e dall’impegno di tutte queste società e università ha aperto nuove e numerose opportunità, esperienze e disponibilità di risorse in campo umano e tecnologico, che hanno portato in breve tempo allo sviluppo di nuovi dispositivi basati sull’innovazione del solare fotovoltaico. Non è la prima volta che assistiamo al raggiungimento di obiettivi ambiziosi derivanti da un serio investimento pubblico e privato sulla ricerca e l’innovazione. (Fonte Renewable Enrgy Access)