Celle solari al silicio nero che assorbono anche la radiazione infrarossa

Alla Aalto University in Finlandia si stanno sperimentando delle celle fotovoltaiche a base di silicio nero che sarebbero in grado di arrivare ad un'efficienza energetica del 18,7% grazie all'assorbimento della radiazione infrarossa.

Si tratta di una sperimentazione portata avanti congiuntamente anche dal Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), in Germania, che hanno ripreso e sviluppato la precedente sperimentazione del Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL), dove i test su questa tipologia di celle avevano rilevato rendimenti leggermente inferiori, pari ovvero al 18,2%.

Pannelli solari al silicio nero

(Pannelli solari al silicio nero)

L'assoluta novità nella ricerca sta proprio nell'attenta osservazione della quantità di radiazione nello spettro solare che le celle fotovoltaiche sono in grado di assorbire. Queste, infatti, ne perdono ben i tre quarti perché incapaci di assorbire la radiazione infrarossa.

Nello specifico, l'infrarosso è "Radiazione elettromagnetica, con lunghezza d'onda compresa all'incirca fra 1 mm e 0,7 μm (7000 Å) e si estende dall'estremo superiore dello spettro delle onde hertziane (microonde) all'estremo inferiore (rosso) dello spettro delle onde luminose. Le radiazioni infrarosse sono emesse da ogni corpo ‘caldo' e, inversamente, ove siano assorbite da un corpo, danno luogo in questo a uno sviluppo di calore; queste proprietà termiche sono comuni a tutte le radiazioni elettromagnetiche, ma si manifestano in modo più sensibile con le radiazioni infrarosse, che pertanto sono anche dette radiazioni termiche".

Porzione delle spettro solare che corrisponde alla lunghezza d'onda dell'infrarosso termico

(Porzione delle spettro solare che corrisponde alla lunghezza d'onda dell'infrarosso termico)

Termografia all'infrarosso

(Termografia all'infrarosso)

Grazie alle qualità intrinseche del silicio nero, invece, i pannelli sarebbero in grado di assorbire anche questo genere di lunghezza d'onda.

Il silicio nero è un composto di silicio e carbonio che, legati insieme, danno origine a materiali ceramici. La sua caratteristica principale è la durezza, intermediata solo da diamante e corindone, e, per questo motivo, è classificato come materiale superduro.

L'uso principale del carburo di silicio è come abrasivo ma, attraverso determinati procedimenti di fabbricazione, può essere utilizzato anche come materiale semiconduttore, dopo aver eliminato le principali impurità come azoto e alluminio, o ancora in gioielleria, come sostituto del diamante.

Altre applicazioni del silicio nero sono numerose ma nel caso dell'integrazione all'interno delle strutture dei moduli fotovoltaici i ricercatori hanno messo a punto un particolare processo chiamato di passivazione, ovvero "fenomeno di natura elettrochimica che può rallentare o impedire completamente la reazione di corrosione dei materiali metallici, che altrimenti avverrebbe".

Nello specifico del caso, quando la passivazione viene applicata alla superficie delle nanostrutture, il processo si affianca ad un secondo procedimento, chiamato "atomic layer deposition", ovvero l'esposizione ripetuta, sovrapposta e sequenziale di vari strati di precursori (particolari agenti chimici), che reagiscono, di conseguenza, al contatto.

Trasformazione del silicio nero_Irradiazione con impulsi laser

(Trasformazione del silicio nero_Irradiazione con impulsi laser)

Comparazione fra silicio e silicio nero per l'assorbenza della radiazione luminosa

(Comparazione fra silicio e silicio nero per l'assorbenza della radiazione luminosa)

Questi processi si possono riassumere come un'irradiazione frequente e precisa di uno strato di silicio per mezzo di impulsi laser. Come ha spiegato Stefan Kontermann, direttore del gruppo di ricerca, "Questo ne modifica la superficie e integra atomi di zolfo nel reticolo del silicio, rendendo il materiale trattato nero".

Lo scopo di trasformare la superficie del silicio dal tradizionale colore al nero è molto semplice: il nero è, per eccellenza, il colore in grado di assorbire la maggior parte della luce solare e trattenerla al suo interno, al contrario del bianco che la respinge. infatti, "Abbiamo usato gli impulsi laser per modificare lo zolfo integrato, al fine di massimizzare il numero di elettroni che possono risalire, riducendo al minimo il numero di quelli che possono tornare indietro".

AutoreDott.ssa Chiarina Tagliaferri

Articolo letto 1.791 volte



Visualizza l'elenco dei principali articoli