Cristalli fotonici 3D per aumentare l’efficienza delle celle solari a film sottile: ricercatori della Purdue University, uno dei maggiori centri di ricerca dell’Indiana dimostrano che è possibile. Secondo lo studio apparso sulla rivista Advanced Optical Materials, infatti, gli opali inversi sarebbero in grado di aumentare l’assorbimento della luce di un film sottile almeno del 10%.

I cristalli fotonici, sono strutture fatte da due o più materiali con indici di rifrazione diversi, disposti su strati alterni: i più semplici, creati dall’uomo, sono chiamati specchi di Bragg. Ma ne esistono anche in natura: alcuni sistemi, infatti, hanno una variazione dell’indice di rifrazione e devono le proprie caratteristiche proprio a questa particolarità. Un esempio di cristallo fotonico naturale è l’opale, un minerale amorfo dai mille colori, dovuti proprio alla rifrazione.

L’approccio dei ricercatori americani utilizza cristalli fotonici 3D: cristalli sintetici con una struttura a “opale inverso”, realizzati con una particolare tecnica chiamata “meniscus-driven self-assembly”. A differenza degli opali classici, fatti di una matrice che contiene sfere di silice solida e altri materiale, gli opali inversi sono costituiti da sfere cave di aria, circondate da silicio.

Peter Bermel, membro del team alla School of Electrical and Computer Engineering and Birck Nanotechnology Center della Purdue University, ha spiegato:

Solitamente, nel film sottile le celle solari in silicio tendono ad assorbire la luce dal lato destro: con il nostro metodo, invece, la luce viene invece diffratta e si propaga in un percorso parallelo all’interno del film. La domanda è: come aumentarne l’assorbimento, combinando bassi costi e alte prestazioni?

Il metodo messo a punto consente l’assorbimento di una quantità maggiore luce, ottenuta in particolare dallo spettro di raggi infrarossi: attualmente, infatti, le celle solari a film sottile in silicio non riescono ad assorbire la gran parte di questa luce.

La luce contenuta nell’infrarosso è molto importante perché contiene un quantitativo di energia solare che solitamente va perso: se il silicio fosse in grado di assorbirla, potrebbe convertirla completamente, aumentando notevolmente l’efficienza della cella.

Il modulo a film sottile con cristallo 3D, inoltre, necessità di poco materiale, rispetto ai classici wafer in silicio monocristallino, e anche rispetto alle più moderne celle policristalline: l’obiettivo del team è arrivare a usare solo l’1% del materiale usato da un modulo classico.

20 gennaio 2014
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