Un ricercatore dell’Università di George Washington ha contribuito a progettare e costruire un prototipo per una nuova cella solare che integra più cellule impilate in un unico dispositivo capace di catturare quasi tutta l’energia dello spettro solare.
Il nuovo design, che converte la luce solare diretta all’elettricità con un’efficienza del 44,5%, ha il potenziale di diventare la cella solare più efficiente al mondo.
Il concetto è diverso dai pannelli solari comunemente visibili sui tetti o nei campi. Il nuovo dispositivo utilizza pannelli fotovoltaici concentratori (CPV) basati su obiettivi ottici per concentrare la luce del sole su piccole cellule solari a micro scala. Le celle solari per la loro piccola dimensione – meno di un millimetro quadrato – utilizzano materiali più raffinati che possono essere sviluppati in modo economico.
Lo studio “GaSb-based Solar Cells for Full Solar Spectrum Energy Harvesting” è stato pubblicato nella rivista Advanced Energy Materials. Matthew Lumb, autore principale dello studio, scienziato di ricerca presso la Scuola di Ingegneria e Scienza Applicata, ha detto:
«La cellula impilata agisce quasi come un setaccio per la luce del sole, con i materiali specifici in ogni livello, che assorbono l’energia di un determinato set di lunghezze d’onda. La luce nel momento in cui è fatta passare attraverso la pila, rende disponibile la metà dell’energia che è stata convertita in elettricità (in confronto la cella solare più comune oggi converte in elettricità solo un quarto dell’energia disponibile.
E’ bene sapere che circa il 99 per cento del potere contenuto nella luce solare diretta che raggiunge la superficie della Terra, è compreso tra le lunghezze d’onda di 250 – 2500 nanometri, ma i materiali convenzionali per le celle solari ad alta efficienza non possono catturare tutta la gamma dello spettro solare.
Il nostro nuovo dispositivo è in grado di sbloccare l’energia immagazzinata nei fotoni lunghi a lunghezza d’onda, persi nelle celle solari convenzionali, quindi fornisce un percorso per realizzare la cella solare multigiunzione“.
Aspetti tecnici della nuova cella solare
Gli scienziati per anni hanno lavorato per sviluppare celle solari più efficienti, la nuova si basa su due aspetti, utilizza una famiglia di materiali basati su substrati di gallio antimonide (GaSb), di solito si trovano nelle applicazioni per laser a raggi infrarossi e fotorivelatori. Le celle solari basate su GaSb sono assemblate in una struttura impilata insieme a celle solari ad alta efficienza coltivate su substrati convenzionali che catturano fotoni solari su lunghezza d’onda più lunga. Inoltre, la procedura d’impilamento utilizza una tecnica nota come “stampa a trasferimento”, consente l’assemblaggio tridimensionale di questi piccoli dispositivi con un elevato grado di precisione.
La nuova cella solare è molto costosa, ma i ricercatori ritengono che sia importante mostrare il limite massimo di ciò che è possibile fare in termini di efficienza, nonostante i costi attuali dei materiali coinvolti, la tecnica utilizzata per creare la nuova cella solare mostra premesse davvero interessanti per un futuro commercio.
La ricerca si basa sui progressi realizzati dal programma statunitense Mosaic, un progetto di ricerca per il micro fotovoltaico a concentrazione sostenuto con un maxi finanziamento di 24 milioni di dollari dall’Agenzia per la ricerca avanzata di progetti, per l’innovazione di undici nuove tecnologie solari, lo sviluppo di una nuova classe di moduli a energia solare economicamente vantaggiosa e ad alte prestazioni.
