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Celle solari al silicio nero, la produzione si semplifica

Migliora il processo di fabbricazione del fotovoltaico in silicio nero grazie alla ricerca della Rice University

Celle solari al silicio nero, la produzione si semplificare

 

(Rinnovabili.it) – Produrre celle solari al silicio nero non è mai stato così semplice, parola dei ricercatori della Rice University. Nel laboratorio chimico dell’Ateneo infatti è stato messo a punto un procedimento che facilita la fabbricazione di questa tipologia di fotovoltaico, “chiedendo” ad un singolo materiale di svolgere due funzioni differenti. Come spiegato nella pubblicazione su ACS Applied Materials, gli scienziati sono riusciti ad impiegare uno degli elettrodi della cella come catalizzatore nella reazione di trasformazione del silicio normale in silicio nero.

 

0511_SOLAR-2-RNMa cosa è il silicio nero? Si tratta dello stesso semiconduttore ma dotato una superficie altamente strutturata in picchi su scala nanometrica o pori più piccoli della lunghezza d’onda della luce che risulta all’occhio nera. Questa particolare struttura permette la raccolta efficiente dei raggi solari da qualsiasi angolazione, in qualsiasi ora del giorno, riducendo la riflessione della luce fino a valori inferiori all’1%. Il nuovo metodo, noto come incisione chimica contatto-assistita, sfrutta sottili linee d’oro che servono come elettrodo nel processo e in grado, al contempo, di incidere la superficie del silicio in meno di un minuto; l’utilizzo inoltre permette di eliminare anche la necessità di rimuovere le particelle utilizzate dal catalizzatore.

Secondo Andrew Barron, a capo della ricerca, un sottilissimo strato d’oro sulla superficie del titanio dovrebbe rivelarsi un elettrodo efficace in grado di svolgere anche la catalisi. “Il trucco è quello di incidere valli abbastanza profonde per eliminare il riflesso della luce del sole, ma non andare così in profondità da causare un corto circuito nella cella”.

 

“Uno, eliminare alcuni passaggi del processo è sempre una cosa positiva,” aggiunge Barrow. “Due, questa è la prima volta in cui la metallizzazione è opera di un catalizzatore di una reazione che si verifica a diversi millimetri di distanza”.
Ad oggi il grado di efficienza più alto mai raggiunto da celle solari in silicio nero è del lavoro congiunto della finlandese Aalto University e del tedesco Fraunhofer Institute: insieme i due enti hanno realizzato un dispositivo fotovoltaico con una capacità di conversione del 18,7%.

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


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Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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