Cella solare a sei giunzioni, l’efficienza sfiora il 50 per cento

Gli scienziati del National Renewable Energy Laboratory raggiungono il nuovo record mondiale nel fotovoltaico multi-giunzione, sia con luce concentrata sia sotto “l’illuminazione di un sole”

Cella solare a sei giunzioni
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La nuova cella solare a sei giunzioni del NREL è composta da 140 strati di materiali, ma è più sottile di un capello

(Rinnovabili.it) – Nuovo record mondiale per il fotovoltaico multigiunzione. Un gruppo di ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL), del Dipartimento dell’Energia statunitense, ha creato una cella solare a sei giunzioni con un’efficienza di conversione mai raggiunta prima. L’unità è in grado di trasformare il 47,1 per cento di luce incidente in elettricità sotto concentrazione ottica. Un valore unico che, sebbene più contenuto, si mantiene da primato anche con l’illuminazione semplice.

Parte del risultato straordinario è legato all’approccio tecnologico. Le celle a giunzioni multiple nascono con il preciso obiettivo di superare i limiti d’efficienza del fotovoltaico standard. Si tratta di unità con interfacce p-n realizzate con semiconduttori differenti. La giunzione pn di ciascun materiale produce corrente elettrica in risposta a diverse lunghezze d’onda della luce. Quindi più strati fotoattivi sono impiegati nella sua realizzazione, più – in teoria – è possibile aumentare la gamma di lunghezze d’onda da assorbire, migliorando la produzione.

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Per realizzare la loro cella solare a sei giunzioni, il team del NREL ha fatto affidamento sui materiali III-V, così chiamati per la loro posizione sulla tavola periodica. Ciascuna delle sei interfacce è appositamente progettata per catturare la luce da una porzione specifica dello spettro solare. Il dispositivo contiene circa 140 strati totali di vari materiali III-V per supportare le prestazioni di queste giunzioni, e tuttavia è tre volte più sottile di un capello umano

“Questo dispositivo dimostra davvero lo straordinario potenziale delle celle solari multigiunzione”, ha affermato John Geisz, scienziato del gruppo NREL e autore principale della ricerca.

Dallo spazio alle applicazioni terrestri

A causa degli alti costi che contraddistinguono il fotovoltaico III-V, questa tecnologia è principalmente usata per alimentare satelliti e mezzi spaziali. Ma ciò non significa che siano precluse tutte le applicazioni sulla Terra.

“Un modo per ridurre i costi è quello di ridurre l’area richiesta”, spiega Geisz, “e puoi farlo utilizzando uno specchio per catturare la luce e focalizzarla su un punto. Quindi puoi cavartela con un centesimo o addirittura un millesimo del materiale, rispetto a una tradizionale cella in silicio. Utilizzi molto meno materiale semiconduttore concentrando la luce. Un ulteriore vantaggio è che l’efficienza aumenta man mano che concentri la luce”.

I primi test di laboratorio hanno mostrato che la nuova cella a sei giunzione raggiunge un’efficienza del 47,1 per cento a 143 soli di concentrazione. Il valore si riduce a 39,2 per cento con l’illuminazione naturale.

Ulteriori aumenti di efficienza per questa architettura sono abbastanza difficili, a causa delle barriere resistevi interne. Per questo motivo, il team si sta ora concentrato sull’aspetto economico. Il prossimo obiettivo? Ridurre i costi di produzione.

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Energy (testo in inglese).

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