Light-trapping photovoltaics: le nanoparticelle migliorano le prospettive dell’energia solare


Ogni anno, Technology Review pubblica la lista di quelle che ritiene siano le 10 tecnologie emergenti più importanti e determinanti nel prossimo futuro. Le scelte vengono effettuate sulla base dei riscontri editoriali dei settori tecnologici ritenuti più strategici. La domanda che gli autori della rivista si pongono, nel selezionare tali tecnologie, è semplice: si tratta di un tipo di tecnologia che può cambiare il mondo?

Kylie Catchpole. Credit: Meghan Petersen

Fra le 10 tecnologie selezionate quest’anno dalla rivista del MIT, poniamo l’attenzione sul “Light-trapping photovoltaics”. Si tratta di una tecnologia, ancora in fase di ricerca, sviluppata a partire dal 2002 da una ricercatrice australiana, Kylie Catchpole, dell’Australian National University di Canberra, nata dall’idea di pensare ad un sistema completamente nuovo per produrre una cella solare, in particolare una cella solare a film sottile. Le celle solari a film sottile, realizzate mediante la deposizione di sottilissimi strati di materiali semiconduttori, quali il silicio amorfo e il tellururo di cadmio, sono meno costose delle celle solari in silicio convenzionali, tuttavia scontano ancora un livello di efficienza inferiore rispetto ad esse, proprio a motivo del loro ridotto spessore: tale caratteristica, infatti, ne riduce la capacità di assorbire la regione del vicino infrarosso (near infra red, NIR) dello spettro della radiazione solare incidente, caratterizzata da lunghezze d’nda più elevate. Il risultato che ne deriva è che una cella a film sottile converte in elettricità l’8-12% della radiazione incidente, contro il 14-19% di una cella a silicio cristallino.

L’attività della Catchpole, lavorando nell’ambito della plasmonica, si concentrò sin dall’inizio sulle particolari proprietà ottiche dei metalli: la ricercatrice scoprì che depositando nanoparticelle di argento sulla superficie di una cella a film sottile in silicio incrementava significativamente la capacità di quest’ultima nell’assorbire le radiazioni con lunghezze d’onda più elevate. Infatti, scoprì che i plasmoni (un tipo di onda che si genera per effetto dell’eccitazione degli elettroni che si trovano su di una superficie di un metallo) localizzati sulla superficie delle nanoparticelle di fatto deviavano i fotoni della radiazione incidente in modo da farli “rimbalzare” all’interno della cella favorendone l’assorbimento.

Sulla base del principio sopra esemplificato, la Catchpole ha sviluppato un prototipo di cella in silicio a film sottile con un’efficienza del 30% superiore a quelle attualmente disponibili in commercio. E’ evidente che l’introduzione di una simile tecnologia sul mercato consentirebbe al fotovoltaico a film sottile (che oggi, per gli USA, ad esempio, rappresenta il 30% del mercato e, a livello mondiale, è dominato dalla statunitense First Solar) un grosso balzo in avanti; in ogni caso, sicuramente rappresenterebbe un fattore di stimolo alla crescita dell’intero settore del fotovoltaico.

La ricercatrice è già stata approcciata da molte imprese interessate ai risultati della sua attività: tuttavia, finora ha resistito nell’intento di migliorare ed ottimizzare quanto sviluppato fino ad oggi. Intanto i ricercatori della  Swinburne University of Technology di Melbourne stanno collaborando con Suntech Power, uno dei produttori leader mondiali di celle solari in silicio, nello sviluppo di celle solari a film sottile plasmonico.

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