Il diamante nero raddoppia l’efficienza della concentrazione solare
All’interno del progetto PROME3THE2US2 (Production method of electrical energy by enhanced thermal electron emission by the use of superior semiconductors), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo concetto per la generazione di elettricità solare che combina la fotogenerazione convenzionale e meccanismi di energia termica. Questo processo, che combina entrambi i meccanismi, è chiamato emissione termoionica migliorata dai fotoni (PETE, photon-enhanced thermionic emission) e si basa sull’emissione di elettroni per effetto termoionico. Gli elettroni sono eccitati dai fotoni, all’interno del silicio ad alte temperature. Il processo PETE può dunque essere utilizzabile come ciclo topping ad alta temperatura per aumentare ulteriormente l’efficienza dei dispositivi termici solari. I ricercatori hanno sviluppato con successo una nuova struttura a stato solido di conversione, in grado di convertire in modo efficiente la radiazione solare in energia elettrica. Il sistema è costituito da un catodo con assorbimento di radiazione, il quale sfrutta la radiazione solare visibile per la generazione fotoelettronica diretta, così come la radiazione infrarossa solare, per il calore. Viene così scisso il processo di emissione in un processo PETE interno e in emissioni esterne nel vuoto. Un distanziamento tra gli elettrodi progettato specificamente separa il catodo da un anodo con basso lavoro di estrazione. Il lavoro di estrazione – ovvero l’energia necessaria per estrarre un elettrone da un solido – dell’anodo era persino più basso di quello del catodo per massimizzare il flusso di elettroni e quindi l’efficienza di conversione. Il team del progetto ha sfruttato il diamante nero per l’utilizzo nell’elettrodo del catodo. Questo materiale può sopportare temperature elevate ed emettere elettroni in modo efficiente, oltre ad assorbire fotoni a temperature che raggiungono i 1 000 °C. Inoltre, il team ha aggiunto delle impurità al diamante nero per migliorarne le prestazioni. Il progetto PROME3THE2US2 ha contribuito a una conversione solare altamente efficiente, in grado di soddisfare il fabbisogno energetico del mondo. Basandosi su strutture innovative a stato solido e sul diamante nero, la tecnologia può raddoppiare gli attuali limiti di efficienza del fotovoltaico. Inoltre, questo interessante materiale a basso costo può essere sfruttato anche per altre applicazioni elettroniche al di fuori della tecnologia solare.
Parole chiave
Diamante nero, concentrazione solare, PROME3THE2US2, energia elettrica, emissione termoionica migliorata dai fotoni
