Il design al servizio del fotovoltaico: una cipolla per migliorane l'efficienza
Pe ragioni economiche ma anche di estetica e, dunque, di maggiore e più semplice diffusione, buona parte delle ricerche nel campo del fotovoltaico punta sulla produzione di celle e pannelli sempre più sottili, così da permetterne l'integrazione in contesti sempre più ampi e con il più basso tasso di impatto visivo e ambientale. Il design dei pannelli fotovoltaici è, dunque, destinato a cambiare in questo senso e, anzi, ha già cominciato a farlo. L'ultima notizia arriva dalla North Carolina State University e riguarda un nuovo modello progettuale, noto anche come "rectangular onion", "cipolla rettangolare".
Il team si è, infatti, reso conto che per massimizzare l'assorbimento della luce solare, le celle possono sfruttare un design adeguato, in cui la capacità di "intrappolare" la luce solare è pari alle proprietà intrinseche del semiconduttore nell'assorbire la luce.
La caratteristica principale di questo nuovo fotovoltaico a film sottile è quella di avere, appunto, un caratteristico design a cipolla super-assorbente e che, tra l'altro, ha il vantaggio (non da poco) di abbattere costi e tempi di produzione. Sino alla pubblicazione degli studi del team della North Carolina State University, infatti, le celle a film sottile più diffuse sul mercato avevano uno strato di silicio amorfo, spesso circa 100 nm, un'enormità rispetto ai 10 nm delle nuove celle a cipolla, in grado, tra l'altro, di assorbire sino al 90 % della radiazione solare. Il discorso non cambia se dal silicio amorfo si passa al tellururo di cadmio: non più 1 µm ma appena 50 nm (esattamente la metà e, anche in questo caso, senza perdere ma, anzi, guadagnando in efficienza) e per il seleniuro di rame indio e gallio (utilizzato nelle celle fotovoltaiche CIGS) si parla di uno spessore di appena 30 nm, in grado di assorbire completamente la luce.
Come è stato possibile? Grazie, appunto, al nuovo design ultra-assorbente a forma di cipolla rettangolare. In pratica, il materiale semiconduttore (silicio amorfo o tellururo di cadmio) riveste una superficie rettangolare, a propria volta ricoperta da tre strati anti-riflettenti (che non assorbono la luce) e il tutto dà evidentemente vita a una caratteristica struttura a cipolla, che, di fatto, sarebbe proprio il segreto delle promessi di successo di queste nuove celle a film sottile.
(La sezione trasversale delle celle solari con struttura a "cipolla rettangolare")
A detta dei suoi ideatori e degli studi di laboratorio, grazie al superamento dei limiti delle strutture tradizionali (un ostacolo per le effettive possibilità di assorbimento della luce solare da parte dei semiconduttori), la nuova struttura permetterà, quindi, tutta una serie di passi avanti.
- Maggiore efficienza in uno spessore ridotto.
- Miglioramento della produttività in fase di realizzazione (grazie, appunto, allo spessore ridotto dei materiali).
- Riduzione dei costi, dovuta alla minore quantità di materiale usato.
- Possibilità di depositare il film sottile in tempi più rapidi, grazie a tecniche come la nanolitografia (che permette, appunto, di fabbricare di strutture su scala nanometrica).
Si capisce, dunque, perché il team del Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria della Norh Carolina State University sia, ora, alla ricerca di partner in grado di produrre, testare e collaudare il modello al di fuori dei laboratori dell'Università, così da proporre un'ulteriore ma validissima alternativa al fotovoltaico tradizionale, semplicemente cambiandone il design!
