Realizzato il Spagna un pannello solare innovativo che può rendere sino al 60%

In una prima mondiale, i ricercatori dell’Universidad Complutense de Madrid, in Spagna, hanno fabbricato una cella solare a banda intermedia (IB) utilizzando fosfuro di gallio e titanio, potenzialmente in grado di fornire un’efficienza di conversione energetica del 60%.

La cella solare potrebbe fornire queste prestazioni a una lunghezza d’onda di 550 nm e oltre. Per sfruttare l’energia della stella più luminosa dei nostri cieli, abbiamo utilizzato celle solari in grado di convertire la luce solare in corrente elettrica. Le celle solari a base di silicio, tuttavia, possono sfruttare solo una parte della luce solare incidente su di esse, emettendo il resto come calore. L’articolo è stato pubblicato su Material  Today Sustenaibility.

Il limite superiore della quantità di energia che una cella solare può convertire in elettricità è lo Shockley Queisser (SQ). In teoria, può essere calcolato tenendo conto dell’energia del fotone su una singola giunzione p-n e delle perdite riscontrate in una cella solare.
Superamento del limite SQ

Il limite SQ di una cella solare è soggetto al materiale utilizzato per la sua realizzazione. Per il silicio, il bandgap è di 1,3eV e il limite SQ è del 33,7%. Ciò significa che, nel migliore dei casi, anche la cella solare di migliore qualità mai prodotta non sarà in grado di sfruttare il 77,3% della luce solare incidente su di essa.

Per soddisfare la nostra crescente domanda di energia, dovremmo costruire più pannelli solari e coprire più aree del pianeta con essi. Tuttavia, una cella solare realizzata con un materiale diverso potrebbe avere un limite di SQ più elevato, rendendo più efficiente la produzione di elettricità.

A sinistra: struttura dei dispositivi fotovoltaici GaP:Ti. A destra: immagine di uno dei dispositivi da 1 cm2 che mostra il lato anteriore con le dita di contatto. Crediti immagine: Olea et al.

Javier Olea Ariza e il suo team di ricercatori dell’Universidad Complutense de Madrid lavorano da oltre 15 anni con il fosfuro di gallio (Gap) e il titanio (Ti) nel tentativo di realizzare una cella solare più efficiente.

Raggiungere il 60% di efficienza

Poiché il limite SQ dipende dal bandgap del materiale semiconduttore, Ariza e il suo team hanno scelto il Gap, che ha un bandgap di 2,26 eV. Il team ha costruito una cella solare delle dimensioni di un cm2 con un assorbitore Gap: Ti non più spesso di 50 nm e contatti metallici in oro e germanio.

Attraverso una serie di esperimenti di misurazione della trasmittanza e della riflettanza, il team ha scoperto che la cella solare presentava un’ampia banda dovuta a un maggiore assorbimento della luce a una lunghezza d’onda superiore a 550 nm. Ciò è probabilmente dovuto all’uso del Ti nella struttura. Il potenziale teorico della struttura è di circa il 60%.

Il team ha lavorato per la prima volta con questi materiali nel 2009, ma ci sono voluti 15 anni per costruire i primi dispositivi con essi. Anche a questo punto, il dispositivo non è prossimo all’impiego sul campo. La sua efficienza è molto scarsa e c’è ancora molto lavoro da fare.
Il team vuole innanzitutto realizzare un prototipo di cella solare e dimostrare una maggiore efficienza. Intende inoltre risolvere i problemi di costruzione delle celle solari utilizzando approcci diversi per incorporare Ti in futuro.

La diffusione commerciale di questa tecnologia potrebbe richiedere molto tempo, ma non siamo più limitati dal potenziale delle celle solari e comunque è una tecnologia molto avanzata.