Da Stanford moduli fotovoltaici sottili come carta

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moduli ultrasottili
Credit: Koosha Nassiri Nazif/Stanford University

Continua la ricerca del materiale fotovoltaico perfetto, un semiconduttore che possa garantire ottime performance optoelettroniche e al tempo stesso alte prestazioni meccaniche. Attualmente il silicio regna in maniera quasi indiscussa sul mercato dei pannelli solari (95%). Il merito? Una produzione su larga scala meno costosa delle alternative e una delle più alte efficienze di inversione raggiunte lato commerciale.

Di contro, però, il basso coefficiente di assorbimento ottico e la natura fragile del silicio, rendono impossibile usare questo semimetallo in celle ultrasottili e flessibili. Un prerequisito essenziale per integrare la tecnologia fotovoltaica in applicazioni che richiedono un’elevata potenza per peso.

L’ingegneria solare sta da tempo cercando efficienti semiconduttori per i thin film e gli ultimi progressi compiuti alla Stanford University potrebbero aver aperto una nuova strada. Qui l’ingegnere Koosha Nassiri Nazif assieme ad un nutrito gruppo di colleghi ha raggiunto prestazioni record in un promettente gruppo di materiali fotovoltaici. Parliamo degli TMD, o dichalcogenuri di metalli di transizione, una famiglia di materiali semiconduttori bidimensionali.

Un nuovo materiale fotovoltaico per i pannelli thin film

Secondo diverse modulazioni i TMD potrebbero raggiungere un’efficienza di conversione di circa il 27% in celle solari ultrasottili a singola giunzione. Tuttavia, nella realtà, la ricerca non ha mai superato il 2%. Il prototipo della Stanford ha iniziato a colmare il divario raggiungendo un primo 5,1%. E promettendo di passare rapidamente a rese maggiori.

Non solo. Il materiale fotovoltaico mostra un rapporto potenza-peso 100 volte maggiore di qualsiasi altro TMD finora sviluppato. Valore che è importante ai fini di applicazioni mobili, come droni o veicoli elettrici. Il prototipo ha prodotto 4,4 watt per grammo, una cifra competitiva con altre celle solari a film sottile.

“Pensiamo di poter aumentare questo rapporto cruciale altre dieci volte attraverso l’ottimizzazione”, ha spiegato il professor Krishna Saraswat, aggiungendo che il limite pratico stimato per le loro celle fotovoltaiche in TMD sia di 46 watt per grammo. “Immaginate un drone autoalimentato da un pannello solare in cima alle sue ali e 15 volte più sottile di un pezzo di carta”, ha detto Koosha Nassiri Nazif. “Questa è la promessa dei TMD”.

Ricerca pubblicata su Nature Communications (testo in inglese).

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