Un gruppo di ricerca statunitense ha sviluppato delle nuove celle solari, basate su sei strati attivi fotosensibili. Questi ultimi riescono a catturare la luce solare specificatamente a una determinata porzione dello spettro ottico. Tali nuove celle potrebbero potenzialmente raggiungere una efficienza del 50%.

Una nuova cella

Le celle solari a piastra piatta e a giunzione singola hanno una limitata efficienza del circa 30%. Esse sono utilizzate per trasformare l’energia luminosa solare in elettricità. Le nuove sperimentazioni stanno portando ad aumentare il numero di giunzioni e ad adottare la luce concentrata che, effettivamente migliorano i risultati ottenuti. Il nuovo dispositivo dimostra lo straordinario potenziale delle celle solari multigiunzione. Si tratta di una nuova cella solare a sei giunzioni, sviluppata da NREL (National Renewable Energy Laboratory), che si basa su sei diversi strati fotoattivi, fabbricati con leghe di semiconduttori III-V.

Essa è caratterizzata da un tasso di efficienza di conversione pari al 47,1%. Un risultato che promette un roseo futuro nelle applicazioni alimentate con la luce del Sole. Il nuovo dispositivo contiene circa 140 strati di vari materiali III-V ma le dimensioni sono tre volte minori di quelle di un capello. Essa riesce a catturare la luce da di una determinata banda dello spettro solare. In futuro, probabilmente immediato, la cella potrebbe essere utilizzata nelle applicazioni fotovoltaiche e, al momento, esistono tutti i presupposti per raggiungere un tasso di efficienza del 50%. Tale obiettivo risulta, effettivamente, molto realizzabile, mentre è impossibile il 100% a causa dei limiti fondamentali imposti dalla termodinamica.

Resistenza interna in serie ancora troppo alta

Ovviamente allo stato attuale esistono alcuni ostacoli che, probabilmente, saranno sviluppati in un immediato futuro. Uno di questi è rappresentato dalla presenza di una barriera resistiva all’interno della cella, che impedisce il flusso di un’alta percentuale di corrente. Tale problematica impedisce, per ora, il raggiungimento del 50% di efficienza. Il record di quest’ultima è, attualmente, di circa 37,75%, raggiunta grazie a una cella a tre giunzioni. Un altro ostacolo da tenere in considerazione è l’alto costo per la produzione dei materiali necessari ai dispositivi. Un modo per abbassare i costi è quello di ridurre l’area attiva d’illuminazione interessata. SI potrebbe, ad esempio, usare uno specchio o un concentratore per catturare la luce e focalizzarla su un punto preciso. Tale problematica esiste sulla Terra, mentre su altri pianeti, magari più vicini al sole, il flusso luminoso è molto più potente.

Tale soluzione potrebbe ridurre la quantità di materiale fotosensibile necessario anche di un fattore pari a cento o, addirittura, a mille. Inoltre è risaputo che l’efficienza aumenta quando si concentra la luce. Fino ad ora, le celle solari a quattro giunzioni hanno dimostrato le massime efficienze di conversione solare ma adesso, con l’adozione di sei giunzioni, i risultati sono di molto migliorati. Un’ulteriore riduzione della resistenza in serie all’interno di questa struttura potrebbe consentire realisticamente efficienze superiori al 50%. L’utilizzo e lo sfruttamento della luce è estremamente importante è bisognerebbe che essi avvengano ai massimi livello e nelle migliori condizioni. La produzione di sistemi di energia solare dipende fortemente dalla copertura nuvolosa. Le previsioni meteorologiche possono essere utilizzate utilmente per prevedere la quantità di luce solare che raggiungerà i collettori solari terrestri. Incrementeranno, pertanto, il numero di satelliti geostazionari rivolti alla previsione accurata e precisa dei fenomeni nuvolosi. Tali stime interesseranno la quantità di luce solare che raggiunge la superficie terrestre, tramite la determinazione dell’altezza della nuvola, il suo spessore e la profondità ottica. L’acqua, infatti, assume molteplici forme liquide o cristalli di ghiaccio di varie dimensioni. Questa, influenzando la profondità ottica di una nuvola modifica l’assorbimento. I test sono stati effettuati fabbricando, caratterizzando e analizzando una cella solare con un concentratore IMM 6J con un’efficienza del 35,8%. Come detto prima, le limitazioni riguardavano l’alta barriera resistiva interna, causate dalla diffusione di Zn. Anche la temperatura d’esercizio ha influito in maniera preponderante all’alta resistenza della barriera. I dispositivi sono stati realizzati con contatti dorati elettrolitici uniti a una impugnatura in silicone con resina epossidica a bassa viscosità.

Conclusioni

La produzione di energia elettrica dal Sole è in continuo aumento e si pensa che nei prossimi decenni possa costituire la principale fonte di approvvigionamento di elettricità. Qualsiasi tipologia di apparecchiatura funzionerebbe, ancora meglio, con delle celle solari più efficienti che, a parità di spazio, garantirebbero maggiore potenza o, viceversa, a parità di potenza, risulterebbero di dimensioni minori. A ogni modo, le nuove celle solari riescono a estrarre più energia dal Sole. Ultimamente, in molte parti del mondo, i cieli liberi dall’inquinamento hanno contribuito all’aumento di produttività delle centrali fotovoltaiche. In Gran Bretagna, il 20 aprile, la generazione solare ha raggiunto il picco a 9,7 gigawatt. Ciò rappresenta quasi il 30% della fornitura di elettricità del paese. In Germania la percentuale di energia solare ha raggiunto il 23% per un’intera settimana di aprile, rispetto a una media di circa l’8% nel 2019. Sebbene temporanee, tali cifre sono impressionanti. L’energia solare è ora matura per affrontare nuove sfide, anche se si tratta pur sempre di una vecchia tecnologia. Lo studio è ancora aperto e, sicuramente, la tecnologia darà il suo contributo affinché il mondo sia alimentato da una energia elettrica sempre più pulita.