Fotovoltaico da interno con efficienza record oltre il 40 %

Immaginate una cella solare capace di generare energia elettrica anche in un ufficio scarsamente illuminato. Le celle sviluppate dai ricercatori del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE hanno raggiunto un’efficienza di conversione della luce superiore al 40% sotto soli 100 lux di illuminazione artificiale, un risultato che cambia le prospettive di sviluppo del fotovoltaico da interni.

Una nuova frontiera tecnologica che può avere sviluppi interessanti grazie a materiali innovativi, come il fosfuro di gallio e indio (GaInP), e ad un design avanzato delle celle. L’obiettivo? Alimentare in modo continuo e sostenibile i dispositivi intelligenti che ci circondano – dai sensori ambientali ai sistemi domotici – senza bisogno di batterie o cavi.

Celle in GaInP di tipo n: perché funzionano così bene

Il gruppo di ricerca del Fraunhofer ISE ha sviluppato celle solari indoor a eterogiunzione posteriore basate su semiconduttori III-V, focalizzandosi in particolare sul fosfuro di gallio e indio (GaInP). Questo materiale offre un band gap quasi ottimale di 1,9 eV per la conversione della luce visibile, rendendolo particolarmente adatto in condizioni di illuminazione artificiale.

Nello studio, i ricercatori hanno comparato le prestazioni di celle GaInP con drogaggio di tipo p e tipo n. I risultati hanno evidenziato come le celle n‑doped abbiano una maggiore vita utile dei portatori di carica minoritari, grazie a una riduzione significativa della ricombinazione non radiativa. Questo ha consentito di mantenere alte densità di portatori in eccesso anche in condizioni di bassa illuminazione.

Sotto luce artificiale di appena 100 lux – l’equivalente di una stanza moderatamente illuminata – la cella ha raggiunto una Voc di 242 mV e un’efficienza del 37,5%. Quando testata a 1000 lux, l’efficienza ha toccato il 41,4%, grazie anche a un miglioramento nei parametri elettrici come il fattore di riempimento (FF).

“Le celle GaInP di tipo n trattengono i portatori di carica più a lungo e hanno prestazioni migliori, anche in condizioni di scarsa illuminazione”, spiega Malte Klitzke, autore principale dello studio. “Per questo motivo, nei nostri esperimenti siamo riusciti a raggiungere efficienze molto elevate nella conversione della luce interna in elettricità”.

Lo studio si basa su ricerche condotte nell’ambito dei progetti “50Percent”, “H2Demo” e “SMART”, finanziati rispettivamente dal Ministero Federale dell’Economia e della Protezione del Clima (BMWK), dal Ministero dell’Istruzione e della Ricerca (BMBF), e sostenuti da AZUR SPACE Solar Power e dall’Agenzia Spaziale Tedesca (DLR).

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Applied Physics Letters

Fotovoltaico da interni: applicazioni e opportunità

Le celle solari da interno non sono progettate per sostituire i grandi moduli fotovoltaici outdoor, ma per funzionare dove questi non arrivano: ovvero negli ambienti chiusi. Qui, dove la radiazione disponibile è molto inferiore (da pochi mW/m² fino a 1–2 W/m²), la sfida è riuscire a generare energia sufficiente per piccoli dispositivi elettronici.

Questo tipo di tecnologia è particolarmente adatta per alimentare sensori wireless, dispositivi wearable, beacon Bluetooth, tag RFID, dispositivi medicali portatili e tutte quelle componenti dell’Internet of Things (IoT) che richiedono una fonte di alimentazione costante ma leggera, e che non possono affidarsi a batterie da sostituire o a collegamenti elettrici stabili.

Un esempio concreto è il monitoraggio ambientale in uffici o magazzini intelligenti, dove la luce artificiale può alimentare intere reti di sensori. Ma anche nell’ambito sanitario o nella smart home, l’integrazione di microcelle fotovoltaiche permette di costruire sistemi più sostenibili e autonomi.

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