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Scienziati fissano nuovo record di efficienza per le celle solari

I ricercatori del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), con sede in Germania, hanno annunciato che sono riusciti a migliorare l'efficienza delle celle solari progettate per convertire la luce solare in energia elettrica. A renderlo possibile è il fenomeno elettr...

I ricercatori del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), con sede in Germania, hanno annunciato che sono riusciti a migliorare l'efficienza delle celle solari progettate per convertire la luce solare in energia elettrica. A renderlo possibile è il fenomeno elettronico quantistico definito "fotovoltaico". Il team ha affermato che l'efficienza delle celle solari multi-giunzione realizzate con semiconduttori dei gruppi III-V, impiegate nei concentratori solari fotovoltaici presso le centrali solari, è aumentata del 2,1%, fino ad ottenere un valore pari a 39,7%, segnando, dunque, un nuovo record europeo. Il progetto è sostenuto con un finanziamento di 8,34 milioni di euro dal progetto FULLSPECTRUM del Sesto programma quadro dell'UE (6°PQ), nel quadro dell'area tematica "Sviluppo sostenibile, cambiamento globale ed ecosistemi". Il direttore del progetto, il dott. Frank Dimroth, ha spiegato che il team è riuscito a migliorare le strutture di contatto delle celle solari. "In questo modo, ricorrendo alle stesse strutture di semiconduttori, siamo ora in grado di ottenere un'aumentata efficienza nel processo di conversione dell'energia solare in energia elettrica. Quando la luce colpisce le celle, essa viene in parte assorbita dal materiale semiconduttore. Succede essenzialmente che l'energia della luce solare assorbita viene trasferita al semiconduttore". Secondo il team che ha condotto la ricerca, affinché l'efficienza delle celle multi-giunzione possa essere utilizzata nei concentratori solari fotovoltaici, è necessario che si attesti su un valore compreso tra 300 e 600 soli. Detto in altre parole, è necessario che il fattore di concentrazione della luce solare sia compreso tra 300 e 600. La metallizzazione della superficie anteriore delle celle genera diversi fattori di concentrazione. Il team ha spiegato che "nella griglia frontale la corrente viene condotta attraverso un reticolato di fili molto sottili dal centro della cella solare alla superficie della stessa, dove viene assorbita da un filo d'oro dello spessore di 50 micrometri". La struttura di questo reticolato metallico riveste un'importanza essenziale, hanno spiegato i ricercatori, in particolare quando la struttura viene investita dalla luce solare concentrata. I fili di metallo devono essere in grado di trasportare correnti di portata considerevole prodotte con la luce solare concentrata, e per farlo è necessaria una resistenza ridotta. È necessario che i fili posti sulla parte posteriore della cella siano estremamente sottili in modo che la luce solare non riesca a penetrare attraverso il metallo. La porzione di cella coperta di metallo, dunque, è indispensabile nella scelta dell'elemento da utilizzare per il processo di conversione elettrica. Già a partire dal 2006 i ricercatori del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) hanno iniziato a lavorare al calcolo teorico per ottenere strutture di contatto ad alta efficienza. Nel luglio di quest'anno, il team aveva già ottenuto un'efficienza di conversione del 37,6%. I risultati raggiunti dai ricercatori del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) costituiscono un importante passo avanti per lo sviluppo di applicazioni più efficienti a fronte di costi minori per l'impiego di queste celle in ambiti diversi da quelli spaziali. "Siamo molto soddisfatti di aver compiuto un ulteriore passo avanti decisivo in un arco di tempo tanto ristretto," ha affermato il dottor Andreas Bett, preside di dipartimento presso l'Istituto Fraunhofer ISE. "L'alta efficienza di conversione rende possibile la competitività sul mercato delle tecnologie di ultima generazione e un ulteriore, futuro, ribasso dei costi per la produzione di energia elettrica dalla luce solare." Il team che ha effettuato la ricerca ha affermato di aver lavorato per più di un decennio alle celle multi-giunzione ad alta efficienza. Il costo elevato dei materiali e i costi di produzione limitano tuttavia l'impiego di queste celle ai sistemi fotovoltaici e alle applicazioni satellitari. FULLSPECTRUM è stato un progetto integrato che ha visto la partecipazione di 19 centri di ricerca pubblici e privati il cui lavoro aveva come obiettivo lo sviluppo di una nuova generazione di convertitori fotovoltaici per la conversione ad alta efficienza dell'energia solare in energia elettrica. Coordinato dall'Istituto per l'energia solare del Politecnico di Madrid, FULLSPECTRUM ha coperto un arco temporale di cinque anni e si è concluso il 31 ottobre 2008. Tra gli obiettivi a breve termine del progetto figurava lo sviluppo delle celle solari multi-giunzione ad alta efficienza, mentre tra gli obiettivi a lungo termini figurava la valutazione di celle solari a banda intermedia, progetto rivoluzionario sotto il profilo dell'efficienza. Come affermano i ricercatori, nella cella a banda intermedia, diversamente dalle celle tradizionali che sono formate da due livelli di energia e da un solo fotone, gli elettroni sono presenti a tre livelli di energia e spingono due fotoni. Gli enti che hanno partecipato all'iniziativa hanno affermato che sebbene non sia ancora stato possibile sviluppare celle ad alta efficienza basate su questo concetto, i risultati sperimentali sono stati positivi e i ricercatori, a livello internazionale, intendono continuare a lavorare allo sviluppo di tale progetto. Una delle componenti chiave di FULLSPECTRUM è stata la sua natura di stampo spiccatamente cooperativo, la promozione della ricerca, nonché la creazione di programmi in vari paesi, tra i quali anche il Giappone e gli Stati Uniti. L'Europa occupa una posizione di primo piano sulla scena della ricerca cooperativa, una tendenza dovuta principalmente alla necessità di creare coordinazione tra gli scienziati europei. FULLSPECTRUM è stato indicato tra i 40 progetti di successo del Sesto programma quadro.

Paesi

Germania

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