Scienziati cinesi realizzano celle fotovoltaiche al silicio spesse un ventesimo di millimetro e pieghevoli

Una nuova ricerca condotta da un team di scienziati cinesi ha realizzato le celle solari al silicio più sottili di sempre: un materiale flessibile, simile alla carta, che converte la luce in elettricità senza sacrificare l’efficienza e con grande leggerezza. 

Le celle solari al silicio sono la spina dorsale dell’elettricità generata dall’energia solare nel mondo e rappresentano circa il 95% delle celle solari nel mercato fotovoltaico. Con la diminuzione dei costi di produzione e di generazione dell’energia, le celle solari hanno trovato un impiego più ampio nei parchi solari a terra e nel fotovoltaico distribuito.

Lunedì scorso, il quotidiano statale Science and Technology Daily ha citato Li Yang, professore dell’Università di Scienza e Tecnologia di Jiangsu (JUST), secondo cui le celle solari in silicio cristallino, realizzate con wafer di silicio, sono la tecnologia più matura e più diffusa per la produzione di energia fotovoltaica, “ma devono affrontare due principali colli di bottiglia tecnologici”.

Uno svantaggio è che l’efficienza di conversione dell’energia delle celle di silicio di grandi dimensioni rimane limitata al 26%; l’altro ostacolo è lo spessore delle celle – tipicamente da 150 a 180 micrometri (da 0,15 mm a 0,18 mm), che ne rende difficile l’utilizzo in applicazioni che richiedono un materiale più flessibile e leggero, come tetti curvi, satelliti e stazioni spaziali.

Gli aerei, ad esempio, hanno requisiti di peso estremamente severi e hanno utilizzato celle solari a film sottile, un’altra ampia categoria di celle solari. Tuttavia, secondo Li, sono costose, hanno una durata di vita breve e non sono adatte alle esigenze commerciali.

Le celle solari flessibili al silicio sviluppate da Li e dai suoi collaboratori sono molto più sottili e leggere delle loro controparti convenzionali e vantano un’elevata efficienza energetica. “Abbiamo sviluppato celle di silicio cristallino sottili fino a 50 micrometri – più sottili di un foglio di carta A4 – che possono essere piegate in un rotolo e sono molto più efficienti di quelle convenzionali”, ha dichiarato Li. Per dare un’idea,  50 micromeetri sono 0,05 millimetri

La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature il 31 gennaio, è stata frutto del lavoro congiunto di scienziati di JUST, dell’azienda LONGi Green Energy Technology di Xian e dell’Università Curtin dell’Australia.

Le celle solari in silicio cristallino sono note come struttura “a sandwich”, ovvero il substrato del wafer – lo strato intermedio – rappresenta più del 99% dello spessore della cella. Gli scienziati di tutto il mondo hanno utilizzato diversi approcci per sviluppare celle solari più leggere, flessibili, altamente efficienti e commercialmente valide.

Ma il team guidato dalla Cina ha spinto la sottigliezza ancora oltre. “L’assottigliamento dei wafer non solo riduce il peso e il costo [delle celle solari], ma facilita anche la migrazione e la separazione delle cariche”, si legge nel documento di Nature.

Tuttavia, l’ottenimento di wafer sempre più sottili ha sempre avuto un costo in termini di efficienza: le celle solari al silicio più sottili sono sempre state meno efficienti nel convertire la luce solare in elettricità rispetto a quelle più spesse.
In un articolo pubblicato nello stesso numero, gli autori hanno affermato che le precedenti celle di silicio cristallino sottile – di spessore inferiore a 150 micrometri, prodotte con tecniche convenzionali – avevano un’efficienza di conversione della potenza (PCE) che variava dal 23,27 al 24,7%.

Invece il team della JUST è riuuscito a risolvere il problema del wafer conservando un rendimento del 26%, in linea con quanto possibile dalle migliori celle al silicio cristallino monostato, cioè senza aggiunte di strati di pirovskite.

Queste celle solari ultrasottili sono anche pieghevoli. “Non possono essere piegate a metà, ma possono essere piegate in qualsiasi curvatura”, ha detto Li, aggiungendo che questa caratteristica amplierebbe notevolmente la gamma di applicazioni delle celle in silicio cristallino.

Le celle solari flessibili hanno molte più possibilità di applicazione, tra cui l’impiego nel settore aerospaziale, nei dirigibili, nei droni e nei dispositivi intelligenti indossabili o, semplicemente, coprendo superifici curve. Sarebbero incredibilmente più leggere e potenzialmente meno costose.

Li ha detto che i ricercatori stanno lavorando per sviluppare celle di silicio cristallino più flessibili ed efficienti che un giorno potrebbero essere portatili come un rotolo di pellicola.