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Il fotovoltaico del futuro ad alta efficienza energetica

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Dei ricercatori dell’Università di Padova e del National Renewable Energy Laboratory (NREL) hanno trovato un modo per realizzare celle fotovoltaiche ad un’efficienza maggiore rispetto al solito.

Lo studio

Il fotovoltaico rappresenta una delle tecnologie più promettenti per un futuro sostenibile, essendo una fonte energetica pulita, rinnovabile ma, soprattutto, inesauribile. Le celle che si trovano in commercio sono tutte costituite da silicio, che è in grado di assorbire la luce solare e convertirla in cariche elettriche. L’efficienza dell’impianto è proprio determinata da questa capacità del materiale, che è il secondo elemento per abbondanza presente sulla Terra ed è anche un importante semiconduttore.

I ricercatori dell’Università di Padova e del National Renewable Energy Laboratory (NREL), situato negli Stati Uniti e che rappresenta il principale laboratorio nazionale del Dipartimento dell’Energia, hanno scoperto che sottoponendo il silicio a brevissimi shock termici, indotti da impulsi laser, è possibile realizzare una nuova tecnologia per la fabbricazione di celle fotovoltaiche ad una più alta efficienza energetica. 

In questo modo, si può liquefare e ricristallizzare la superficie del materiale in tempi brevissimi, ottenendo anche dei risultati migliori. Questo studio è stato pubblicato sul giornale «Energy & Environmental Materials».

La tecnologia TOPCon

Una delle più attuali tecnologie di fabbricazione delle celle solari prende il nome di TOPCon e consiste nell’utilizzare un sottilissimo strato di ossido di silicio per favorire, grazie ad un fenomeno quantistico noto come effetto tunnel, la separazione delle cariche elettriche e la loro successiva raccolta. 

Affinché ciò accada però, lo strato di silicio dev’essere ‘drogato’, ovvero bisogna introdurre, mediante processi di diffusione ad alta temperatura, una certa quantità di atomi, detti appunto ‘droganti’. Fino ad ora non si era riuscito a trovare un modo efficace per realizzare questo processo.

Ma con questa nuova tecnologia sperimentata dai ricercatori padovani e statunitensi, si è trovata una soluzione, che consiste nell’utilizzare “impulsi laser ultra-veloci e della durata di una decina di nanosecondi per– spiega il professor Enrico Napolitani del Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università̀ di Padova – applicare degli shock termici alla superficie del silicio. Il riscaldamento è tale da indurre un drogaggio di qualità eccellente, e il procedimento è così veloce che l’ossido, localizzato più in profondità, si scalda poco e rimane assolutamente intatto”. 

“È una metodologia che applichiamo con successo in molti ambiti per sintetizzare nuovi materiali: dalla nanoelettronica, alla fotonica o alla fotocatalisi, ma – conclude – non l’avevamo mai sfruttata per il fotovoltaico. I risultati sono molto incoraggianti e in futuro approfondiremo ulteriormente i nostri studi”.

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