Fissione di singoletto e tecnologia tandem allungano la vita al fotovoltaico

Ricercatori australiani hanno scoperto che la combinazione tra architetture in silicio tandem e la generazione di eccitoni multipli potenziati si traduce nelle celle solari in temperature di funzionamento più basse, aumentando la durata del dispositivo

Fissione del singoletto
Foto di PublicDomainPictures da Pixabay

Efficienza e durata del fotovoltaico, è possibile migliorarle assieme

(Rinnovabili.it) – Il valore economico di un impianto fotovoltaico dipende sia dalla sua durata che dall’efficienza di conversione dell’energia. Ottenere progressi in entrambi i campi con un’unica strategia è l’obiettivo ideale della ricerca di settore. Obiettivo su cui fa chiarezza un nuovo studio della University of New South Wales, in Australia. Qui un gruppo di ingegneri ha fatto una scoperta interessante: la fissione di singoletto e l’architettura tandem, due modi per aumentare l’efficienza fotovoltaica, aiutano anche ad allungare la vita del dispositivo.

La tecnologia tandem ha bisogno di poche presentazioni. Si tratta di combinare assieme celle con semiconduttori diversi per ottenere un’unità con bandgap più ampio; e dunque in grado di catturare una maggiore porzione dello spettro solare. Una delle accoppiate più interessanti sembra essere quella tra silicio e perovskite, “mix” che ha già raggiunto un’efficienza del 29,15% (leggi anche Celle solari Si-perovskite, a 0,48 punti dal 30% d’efficienza).

Un’altra strategia promettente per incrementare la resa è la fissione del singoletto. Di cosa si tratta? Di una tecnica che permette di duplicare le cariche elettriche prodotte da ogni fotone assorbito. Nei semiconduttori tradizionali, ogni fotone incidente cede tutta la sua energia ad un elettrone, in una perfetta relazione uno-a-uno. Per ottenere l’effetto moltiplicatorio si impiega una classe di materiali che possiede “stati eccitati”. In tali elementi, una volta esposti alla luce, il fotone assorbito forma un eccitone che subisce rapidamente una fissione in due stati eccitati (fenomeno noto appunto come fissione di singoletto ); ciascuno con metà dell’energia dello stato originale.

Scienziati e ingegneri di tutto il mondo stanno lavorando per incorporare celle tandem e processi di fissione di singoletto in dispositivi commercialmente validi. Con l’obiettivo di sostituire il fotovoltaico in silicio a giunzione singola che oggi domina il mercato. Ora, il lavoro condotto dalla School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering e dall’ARC Center of Excellence in Exciton Science dell’ateneo australiano, mostra alcuni vantaggi “collaterali” di questo approccio.

I ricercatori hanno dimostrato che entrambe le tecnologie funzionano a temperature inferiori rispetto ai dispositivi di silicio convenzionali. Ciò riduce l’impatto dei danni causati dal calore, prolungandone la durata e abbassando il costo dell’energia prodotta.

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Ad esempio, una riduzione di 5-10°C nella temperatura di funzionamento del modulo corrisponde a un aumento del 2%-4% nella produzione annua di energia. E la durata dei dispositivi tende generalmente a raddoppiare ogni 10°C di riduzione della temperatura. Ciò significa un aumento della durata di vita di 3,1 anni per le celle solari tandem e di 4,5 anni per quelle che integrano la fissione di singoletto.

“Abbiamo dimostrato che queste tecnologie fotovoltaiche avanzate mostrano anche vantaggi accessori in termini di maggiore durata di vita […] e di maggiore resilienza in condizioni di degrado”, spiega la dott.ssa Jessica Yajie Jiang, prima autrice del paper pubblicato su Progress in Photovoltaics. “Abbiamo introdotto un nuovo paradigma per valutare il potenziale delle nuove tecnologie di energia solare”.

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