Nuovo erede del silicio per celle solari ad alta efficienza
Le celle fotovoltaiche multi-giunzione, chiamate anche celle tandem, costituiscono uno dei percorsi più ampiamente esplorati e a più alta efficienza in quanto a celle solari. Originariamente sviluppate per applicazioni aerospaziali, le celle multi-giunzione III-V utilizzano tre materiali diversi in una singola cella, ed estraggono molta più energia dalla luce solare. Di conseguenza, sono in grado di offrire interessanti valori di efficienza di conversione. La tecnologia di multi-giunzione metamorfica invertita è un ulteriore passo avanti in fatto di prestazioni e riduzione dei costi di tali celle. Nel progetto SOLAR FUEL BY III-VS (Direct photoelectrochemical generation of solar fuels using dilute nitride III-V compound semiconductor heterostructures on silicon: Epitaxy, electrochemistry, and interface characterization) gli scienziati hanno adottato un approccio dirompente che può portare a progressi significativi nell’efficienza di conversione da energia solare a idrogeno. Nel tentativo di aumentare l’efficienza di dissociazione dell’acqua, i membri del team hanno studiato la deposizione di una nuova classe di leghe con semiconduttori (nitruro diluito III-V) su silicio. Quindi, hanno dimostrato che l’utilizzo di ioni azoto e polverizzazione catodica di un catalizzatore metallico (GaInP) può portare a una durata estesa del dispositivo. Il dettagliato lavoro di modellizzazione ha scoperto il ruolo svolto dall’assorbimento parassita nel limitare l’efficienza di conversione delle celle e determinare il divario energetico ottimale. Inoltre, gli scienziati hanno svelato il rapporto tra spessore della pellicola elettrolitica e perdite di tensione che limitano l’efficienza energia solare-idrogeno. Il lavoro di analisi ha sottolineato la scoperta di disallineamenti spettrali tra fonti di luce tipiche del laboratorio e irraggiamento solare, i quali hanno portato a valutazioni inesatte sull’efficienza di conversione. Dopo aver eseguito tutto questo lavoro teorico, gli scienziati hanno indicato che le celle tandem GaInP/GaAs possono raggiungere il 10 % di efficienza di conversione, percentuale prossima ai valori record. La progettazione invertita con riflettore posteriore dorato di per sé migliora le prestazioni dello strato inferiore della cella di circa il 2 %. L’assottigliamento dello strato superiore della cella per il raggiungimento di una migliore distribuzione della luce dovrebbe portare a un ulteriore guadagno prestazionale del 2 %. Tuttavia, il team sostiene che lievi diminuzioni nella banda interdetta dell’assorbitore superiore e nella parte inferiore delle celle porteranno a maggiori efficienze di guadagno. Il progetto SOLAR FUEL BY III-VS ha affrontato questioni fondamentali nel campo della generazione di combustibile solare. Ha posto le basi per accelerare lo sviluppo dei combustibili solari, esplorando un nuovo terreno verso l’energia sostenibile. Le scoperte del progetto sono state disseminate attraverso numerose pubblicazioni.
Parole chiave
Silicio, celle solari, fotovoltaica, composto-semiconduttore, celle multi-giunzione, nitruro diluito III-V
