Come raddoppiare l'efficienza con le celle solari a nanotubi di carbonio
Incentivi, agevolazioni fiscali ed altre misure adottate, insieme allo sviluppo tecnologico nel settore fotovoltaico permettono sempre più l'avanzamento di questo settore in conflitto con i suoi costi, in particolare, quelli dei materiali impiegati appunto nel processo produttivo dell'energia elettrica.
Oltre alle celle fotovoltaiche basate sul silicio, c'è anche un'altra tipologia ancor più economica: le celle fotovoltaiche a nanotubi di carbonio. Si tratta di celle che sono anche più economiche rispetto a quelle basate sul silicio, ma non hanno mai realizzato un'efficienza da poterle considerare competitive. Ma grazie allo studio di un gruppo di ricercatori della McCormick School of Engineering, che ha creato una nuova tipologia di celle a nanotubi efficiente il doppio rispetto le attuali, anche il limite dell'efficienza è stato superato.
L'attuale efficienza è molto bassa, si attesta sull'1%, invece con le innovative celle a nanotubi realizzate si è arrivati al 3%. Un avanzamento che a detta degli scienziati è significativo e permette di aprire ottime prospettive, secondo il capo del team di studiosi, Mark Hersam.
Il passo successivo a parere dei ricercatori, sarà quello di realizzare celle solari a nanotubi di carbonio, costituite da livelli multipli, ciascuno ottimizzato per una parte particolare dello spettro solare, si tratta di una configurazione capace di incrementare l'assorbimento di luce.
Il fine dei ricercatori è di effettuare lo sfruttamento dell'intero spettro solare, come asserito da Hersam. I ricercatori quindi, intendono assorbire ciascun fotone dal sole e fare la conversione in elettricità, realizzando così una cella solare con uno spettro di assorbimento che vada a ricalcare quello della luce solare. Usando un dispositivo formato da nanotubi di carbonio e cristalli fotonici, le celle solari hanno la possibilità di realizzare un'efficienza dell'80%.
(Celle solari a nanotubi di carbonio. Fonte solaralley)
La tecnologia innovativa, sviluppata dal team di ricercatori va a semplificare pure l'immagazzinamento dell'energia per un futuro utilizzo. Le celle solari tradizionali effettuano una conversione dell'energia dei fotoni in elettricità quando avviene il superamento della banda proibita del silicio, ma questo accade soltanto per certe lunghezze d'onda della luce.
Per il superamento di questo limite, i ricercatori hanno difatti, creato un particolare dispositivo absorber-emitter a due strati formato appunto da nanotubi di carbonio ed anche da cristalli fotonici. Riscaldato il materiale per i raggi solari, va ad emettere una luce con particolare lunghezza d'onda, superando così la banda proibita del silicio.
Un dispositivo fotovoltaico che si basa sul silicio non può avere un'efficiente conversione dell'energia maggiore al 33,7%,limite di Shockley-Queisser, ma il sistema termofotovoltaico del MIT ha la possibilità di toccare una percentuale superiore all'80%. Gli ostacoli da superare ci sono, l'efficienza raggiunta attualmente pari al 3,2% potrebbe arrivare al 20% nei mesi futuri.
Nelle loro sperimentazioni, gli studiosi hanno utilizzato una luce solare artificiale ed inoltre hanno concluso che l'efficienza massima si realizza nel momento in cui il dispositivo ha raggiunto una temperatura di 962 gradi Celsius. Si tratta di un valore inferiore rispetto a quello di altri sistemi termofotovoltaici, quindi rappresenta una convenienza pure in caso di scarsa luce solare.
Il sistema va a combinare i vantaggi del solare fotovoltaico e del solare termico, dunque è adatto pure per l'immagazzinamento dell'energia, infine, basandosi sulle tecnologie di produzione dei chip attuali, è economico, scalabile e compatto.
(Nanotubi di carbonio. Fonte robaid)
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