L’inedita cella solare ultrasottile: a basso costo, non tossica e più efficiente
Alcuni ricercatori sostenuti dai progetti HEINSOL, PREBIST e DISCOVER, finanziati dall’UE, potrebbero avere scovato un’alternativa nettamente migliore all’odierna tecnologia solare avvalendosi di un nuovo tipo di cella solare ultrasottile. La cella solare, realizzata con nanocristalli contenenti atomi di argento e bismuto, potrebbe concorrere a ridurre la dipendenza da elementi tossici, quali il piombo, o elementi rari come l’indio attualmente necessario per la creazione di celle solari ultrasottili. Nel loro studio pubblicato sulla rivista «Nature Photonics», i ricercatori illustrano in che modo una distribuzione uniforme di atomi di argento e bismuto sul materiale della cella solare ha migliorato l’assorbimento della luce rispetto a quanto osservato in altri materiali fotovoltaici, permettendo di produrre più energia. Per di più, queste celle solari rispettose dell’ambiente dello spessore di 30 nm hanno raggiunto una straordinaria efficienza di conversione dell’energia pari a 9,17 %, il che significa che il 9,17 % dell’energia prodotta dalla luce del sole è stato trasformato in elettricità. Le celle hanno inoltre mantenuto un’elevata stabilità in condizioni ambientali, suggerendo così una minore degradazione della cella nell’arco di lunghi periodi di tempo. «Ci entusiasma il fatto che la nostra modellizzazione computazionale abbia contribuito a migliorare a tal punto le prestazioni di queste celle solari a base di bismuto», osserva il ricercatore dottorando e co-autore principale dello studio, Seán Kavanagh, dell’University College di Londra, ente che ha ospitato il progetto DISCOVER, in un articolo pubblicato sul sito web dell’università. Poiché i calcoli si basano su modelli di meccanica quantistica, talvolta è risultato necessario effettuarli su oltre 10 000 CPU in una rete attive in contemporanea per 24 ore.
Più sottili delle celle solari in silicio
I nanocristalli a base di bismuto non sono solo costituiti da elementi non tossici abbondanti in natura, ma sono anche economici da produrre. Secondo quanto riferito, il materiale della cella solare è dalle 10 alle 50 volte più sottile rispetto agli attuali elementi fotovoltaici a pellicola sottile. Inoltre, si dimostra 1 000 volte più sottile degli elementi fotovoltaici in silicio che sono ingombranti, costosi e richiedono molta energia per essere realizzati. «I risultati rivelano in che modo la nostra attività di ricerca, che si è soffermata sugli aspetti chimici e fisici di fondo dei materiali, è in grado di contribuire alla progettazione di dispositivi ad alte prestazioni e a basso costo, sostenendo l’economia verde», fa notare Kavanagh. «I dispositivi descritti in questo studio stabiliscono un nuovo record nell’ambito delle celle solari inorganiche a bassa temperatura, lavorate con soluzione e rispettose dell’ambiente per quanto riguarda stabilità, fattore di forma e prestazioni», afferma nello stesso articolo l’autore senior dello studio, il prof. Gerasimos Konstantatos, dell’Institut de Ciencies Fotoniques (ICFO), istituto con sede in Spagna che ha ospitato il progetto HEINSOL, nonché partner del progetto PREBIST. «Siamo lieti dei risultati ottenuti e continueremo ad approfondire questo percorso di ricerca per sfruttare le proprietà intriganti [dei nanocristalli ingegnerizzati con precisione] nel settore del fotovoltaico, nonché in altri dispositivi optoelettronici.» Il netto innalzamento del livello di efficienza delle celle solari conseguito finora con il sostegno dei progetti HEINSOL (Hierarchically Engineered Inorganic Nanomaterials from the atomic to supra-nanocrystalline level as a novel platform for SOLution Processed SOLar cells), PREBIST (COFUND BIST PREDOCTORAL PROGRAMME) e DISCOVER (Design of Mixed Anion Inorganic Semiconductors for Energy Conversion) suggerisce che è possibile attuare ulteriori miglioramenti. Come osserva Kavanagh, «l’obiettivo consiste nel migliorare ulteriormente l’efficienza affinché sia paragonabile a quella delle celle solari a base di silicio.» Per maggiori informazioni, consultare: progetto HEINSOL sito web del progetto PREBIST progetto DISCOVER
Parole chiave
HEINSOL, PREBIST, DISCOVER, cella solare, cella solare ultrasottile, energia, efficienza, bismuto, nanocristallo, atomo, fotovoltaico
