Risparmio e ottimizzazione dei pannelli fotovoltaici: un aiuto dalla scienza
Negli ultimi anni la ricerca sul fotovoltaico si sta facendo sempre più intensa e proficua. Recentemente gli studiosi si sono concentrati in particolar modo sui materiali, che parrebbero la chiave di volta della rivoluzione del fotovoltaico. Il 2013 ci ha lasciato intravedere nuovi scenari nello sviluppo di tecnologie atte ad affinare gli strumenti preesistenti, migliorandone l'efficienza.
Nanostrutture per catturare meglio l'energia solare
Esposte al sole le celle fotovoltaiche che utilizzano questo sistema, a base di una combinazione di indio e fosforo, sono in grado di assorbire il 71% della luce al di sopra del limite della banda proibita. Secondo la ricerca, pubblicata online su Science, questa innovativa configurazione converte circa il 14% della luce entrante in elettricità. Un risultato promettente, tuttavia non ancora sufficientemente alto da concorrere con i tradizionali dispositivi a base di silicone attualmente in commercio, i quali sfiorano punte del 15–22%.
Il team, composto da ricercatori dell' Università svedese Lund, dell'istituto Fraunhofer ISE di Friburgo, dell'Università di Kassel e dell'azienda di start-up Solvoltaics, ha puntato su queste celle in virtù del limite di banda proibita diretta pari a 1,34 eV, che permette di assorbire energia con differenti lunghezze d'onda dello spettro solare.
Il segreto dell'innovazione consiste in una maggiore capacità di assorbire energia da parte della struttura ad antenna, che consente di captare molta più luce di un dispositivo dalla superficie planare. Il tutto grazie alle oscillazioni collettive dei portatori di carica, i plasmoni, che interagiscono fortemente con la luce. Un risultato notevole, considerando anche che i nanofili coprono soltanto il 12% della superficie dell'apparato.
I ricercatori ritengono che, determinante per l'affermarsi delle celle solari basate sulle nano-strutture, sia l'approccio multi-junction, una tecnologia che sfrutta la diversa capacità dei suoi semiconduttori stratificati di assorbire le varie lunghezze d'onda. Le celle multi-junction, trasformando circa il 44% dell'energia solare in elettricità, si posizionano in vetta alla classifica mondiale dei dispositivi a più elevata efficienza.
Le celle multi-junction appartengono alla categoria di quelle più economiche, ma si potrebbero ulteriormente ridurre i costi con l'utilizzo di lenti low-cost che concentrano l'energia solare in versioni più piccole di queste celle. Magnus Borgström, coordinatore della ricerca, crede che le celle solari a nanofili si ripagheranno da sole quando si potrà fare a meno delle lenti, semplificando il processo di produzione.
"L'inchiostro" di fosforo e zinco a basso costo
Un altro fondamentale contributo giunge dall'Università di Alberta, dove Jillian Buriak, Professoressa di chimica e Senior research officer presso il National Institute for Nanotechnology, assieme ai ricercatori Erik Luber e Hosnay Mobarok, ha messo a punto una tecnica che condurrebbe a celle solari stampabili a rullo o con tecniche spray.
Gli studiosi dell'Università di Alberta hanno scoperto che un abbondante quantità di materiali presenti nella crosta terrestre può essere utilizzata per applicazioni fotovoltaiche a film sottile. Fosforo e zinco, oltre che molto comuni, sono anche liberi da restrizioni di manifattura come il piombo, si contraddistinguono per un elevato assorbimento ottico e un valore quasi ideale di banda proibita. Il team promette di produrre celle solari a basso costo usando metodi come la stampa a rullo o lo spray-coating (simile alla verniciatura d'auto).
La scoperta, frutto di una ricerca pluriennale, rappresenta un importante passo nel rendere l'energia solare più accessibile a parti del mondo che sono escluse dalla rete dell'elettricità tradizionale o devono affrontare alti costi di approvvigionamento. "{…} con la domanda di energia elettrica che ci si attende raddoppiare entro il 2050, è importante che le fonti di energia rinnovabile, come l'energia solare, diventino più accessibili, abbassando i costi di produzione." ha dichiarato Buriak.
Buriak e il suo team stanno ora sperimentando la creazione di celle solari a nanoparticelle di grandi dimensioni con la tecnica spray-coating per verificarne l'efficienza. Il team ha richiesto un brevetto provvisorio e ha assicurato di trovare il modo di aumentarne progressivamente la produzione. La ricerca, sostenuta dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada e dalla Canada Foundation for Innovation, è pubblicata sulla rivista scientifica ACS Nano.
