Con l’effetto flexo-fotovoltaico le celle solari potrebbero aumentare la loro efficienza

Secondo una ricerca pubblicata su Science, un team di ricercatori inglesi è riuscito a dimostrare che, curvando fisicamente i semiconduttori delle celle solari, è possibile superare l’attuale limite di produzione del 33,7% a cui sono soggette.

a cura di Tommaso Tautonico

La produzione delle tradizionali celle solari è “bloccata” da limite Shockley-Queisser. Questo significa che in condizioni ideali solo il 33,7% della potenza della luce solare che colpisce la cella può essere trasformato in elettricità. Ma i fisici dell’Università di Warwick sono riusciti a dimostrare che questo limite è superabile.

Un team di fisici dell’Università di Warwick ha analizzato i limiti fisici delle tradizionali celle solari presenti in commercio. Nel documento pubblicato su Science, intitolato “Flexo-Photovoltaic Effect”, il team di ricercatori è riuscito a dimostrare che deformando fisicamente i cristalli dei semiconduttori è possibile aumentare il rendimento delle celle solari.

Le tradizionali celle fotovoltaiche sono formate da due strati di materiale semiconduttore (il silicio). Uno strato è tecnicamente “drogato” con atomi di boro (silicio di tipo P che presenta lacune di elettroni) mentre l’altro è drogato con atomi di fosforo (silicio di tipo N, eccesso di elettroni). Quando i due strati sono a contatto si ottiene una giunzione P-N e quando i fotoni della luce arrivano sulla superficie della cella, gli elettroni iniziano a scorrere tra i due strati producendo una corrente elettrica. Come già anticipato, questa struttura fisica è soggetta al limite di efficienza Shockley-Queisser, il che significa riuscire a convertire in elettricità solo il 33,7% della potenza contenuta nella luce solare che colpisce la cella fotovoltaica. 

Deformando le celle solari si potrebbe ottenere più energia 

C’è un altro modo per raccogliere le cariche prodotte dai fotoni della luce solare: l’effetto fotovoltaico anomalo (bulk photovoltaic effect). Questo effetto si verifica in alcuni semiconduttori e isolanti in cui la mancanza di perfetta simmetria attorno al loro punto centrale, genera una tensione altissima. Di contro questi materiali hanno efficienze molto basse e non vengono mai utilizzati nei sistemi fotovoltaici.

Il team guidato dal professor Marin Alexe ha cercato di replicare questa mancanza di simmetria nelle comuni celle fotovoltaiche per aumentarne la produzione.  Utilizzando delle punte conduttive hanno deformato alcuni cristalli di semiconduttori come titanato di stronzio, biossido di titanio e silicio, scoprendo che  è possibile applicare l’effetto fotovoltaico anomalo a questi materiali. Secondo le dichiarazioni del professor Alexe: “Aumentando la gamma di materiali che possono beneficiare dell’effetto fotovoltaico anomalo non è necessario formare alcun tipo di giunzione, qualsiasi semiconduttore con un migliore assorbimento della luce può essere selezionato per le celle solari e, infine, il limite termodinamico finale dell’efficienza di conversione della potenza, il cosiddetto limite Shockley-Queisser, può essere superato. Per farlo però dobbiamo riuscire a superare le sfide ingegneristiche legate a questo processo. Immaginate quali vantaggi si potrebbero avere se le celle fotovoltaiche riuscissero ad aumentare anche di un solo punto percentuale la loro efficienza”.

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