Le celle solari al silicio nei prossimi anni potrebbero andare in pensione, sostituite da una nuova generazione più efficiente ed economica. A lavorare all’ambizioso progetto sono i ricercatori dell’università della Columbia, impegnati a esplorare le potenzialità di un nuovo materiale fotovoltaico con un livello di efficienza nettamente superiore al silicio. Lo sviluppo della tecnologia su scala commerciale potrebbe ridurre la dipendenza dai fossili dell’industria energetica.

Il team di scienziati, guidato dal docente di chimica Xiaoyang Zhu, ha concentrato i suoi sforzi su una nuova classe di componenti delle celle solari nota come perovskiti organiche inorganiche ibride (HOIPs). Lo studio riportato sulla rivista Science è riuscito finalmente a spiegare come mai questi materiali sono più efficienti di quelli convenzionali.

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La scoperta permetterà agli scienziati e agli ingegneri che lavorano nell’industria solare di inventare nuovi materiali fotovoltaici con proprietà simili. Come ha illustrato Zhu:

La maggiore richiesta di energia rinnovabile ha stimolato un intenso lavoro di ricerca su nuove tecnologie per le celle solari in grado di competere con i combustibili fossili. Tra i materiali esplorati dalla scienza per la nuova generazione di celle solari le perovskiti possiedono le caratteristiche migliori.

Nessuno finora era riuscito a spiegare come mai questi materiali fossero così efficienti e quale fosse il loro limite d’efficienza. Adesso sappiamo che è possibile creare celle solari con le perovskiti organiche inorganiche ibride efficienti oltre ogni immaginazione.

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Le celle fotovoltaiche solitamente sono composte da strati sottili di silicio che conducono l’energia e la trasformano in corrente elettrica. I pannelli in silicio sono fragili e costosi perché devono possedere un grado di purezza del 99,999%. Anche un’imperfezione microscopica, come la presenza di ioni in eccesso o in difetto o al posto sbagliato, può compromettere l’efficienza delle celle solari, portando alla dissipazione delle cariche prima che possano essere convertite in corrente elettrica.

Le celle solari realizzate con le perovskiti ibride, inventate in Giappone nel 2009, riescono invece a lavorare bene anche in presenza di molti difetti strutturali. Per questo motivo possono essere prodotte su larga scala a costi bassi.

Negli ultimi 7 anni i ricercatori dell’università della Columbia sono riusciti a portare il livello di efficienza della tecnologia dal 4% al 22%. Un risultato straordinario. Per creare celle solari in silicio con un’efficienza del 25% sono stati necessari oltre 60 anni di ricerche.

Il limite di efficienza delle celle solari al silicio è del 33%. Nelle celle solari HOIPs la perdita di energia risulta notevolmente ridotta. Gli elettroni riescono a evitare i difetti grazie a un meccanismo di protezione che rallenta anche la dispersione delle cariche. L’efficienza della nuova generazione di celle solari potrebbe addirittura raddoppiare rispetto alle tecnologie convenzionali.

Queste celle solari purtroppo contengono piombo e sono idrosolubili. Il processo di deterioramento dei moduli potrebbe perciò causare una contaminazione ambientale. Per scongiurare questo rischio gli scienziati cercheranno nuovi materiali più ecofriendly in cui replicare le caratteristiche che rendono le celle HOIPs così efficienti.

29 settembre 2016
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