La più piccola cella solare al mondo inventata in Canada

L’energia del futuro dovrà basarsi sempre più su fonti di energia rinnovabili in modo da poter ridurre le emissioni inquinanti di CO2 e combattere gli effetti della crisi climatica. Tra queste l’energia del sole è una delle più importanti perché, attraverso la tecnologia del fotovoltaico, garantisce una fornitura di energia green e sostenibile per l’ambiente.

Per poter sfruttare al meglio la tecnologia delle celle solari sono sempre di più le innovazioni e le invenzioni che vengono fatte nel campo del fotovoltaico: questo sia per aumentare le prestazioni di conversione delle radiazioni solari in energia, sia per ridurre gli sprechi e aumentare la durata dei pannelli nel tempo. Tra le innovazioni più sorprendenti e recenti c’è l’invenzione della cella solare più piccola al mondo!

La cella solare più piccola al mondo

Pierre Albert, insieme al team dell’istituto 3IT e il laboratorio CNRS-LN2 dell’Università di Sherbrooke, in Canada, ha annunciato in uno studio pubblicato su Progress in Photovoltaics di aver creato la cella fotovoltaica multigiunzione più piccola al mondo! Stiamo parlando di un dispositivo minuscolo, che misura solo 0,09 millimetri quadrati. Per capire quanto sia piccola possiamo fare un paragone con le celle più diffuse sul mercato: questa è 250 volte più piccola delle celle a concentrazione e addirittura 100 mila volte più piccola rispetto a quelle convenzionali. 

Se è vero che la grandezza della cella è minuscola, questo non la rende meno performante, anzi. La tecnologia con cui è costruita la rende straordinariamente efficiente: il team che ha lavorato al progetto, grazie alla combinazione dei materiali InGaP (Fosfuro di Indio e Gallio), InGaAs (Arseniuro di Gallio Indio) e Germano, ha creato una cella multigiunzione in grado di convertire circa il 30% della luce incidente in elettricità. Considerata quanto è minuscola, la percentuale di conversione è straordinaria! 

Per raggiungere questa efficienza è stato necessario creare una cella multigiunzione: per capire meglio la tecnologia su cui si basa questa invenzione, però, è bene analizzare i diversi tipi di celle fotovoltaiche.

Celle fotovoltaiche multigiunzione: diversità e tipi di celle fotovoltaiche

Le tecnologie legate al fotovoltaico sono in continua evoluzione e una delle più recenti invenzioni è la cella multigiunzione, che è la stessa su cui si basa la più piccola cella del mondo di cui stiamo parlando in questo articolo. Ma cos’è esattamente una cella multigiunzione?

Si tratta delle celle solari più efficienti in circolazione, anche perché più i raggi del sole sono concentrati e più cresce la percentuale di conversione, che può arrivare fino anche al 41%. Per capire questa efficienza è bene ricordare come sono fatti gli altri tipi di celle fotovoltaiche.

La cella fotovoltaica al silicio, conosciuta anche come "di prima generazione", ha un funzionamento basato sulle capacità conduttrici di questo materiale e sulla sovrapposizione delle diverse lamine. Una superficie della cella fotovoltaica di silicio è trattata con atomi di boro, mentre l'altra con atomi di fosforo. Questi due cristalli di silicio modificati vengono messi poi a contatto e, quando i fotoni dei raggi solari le colpiscono, si genera un movimento di elettroni che produce corrente elettrica. Il problema principale di queste celle è che il silicio, il conduttore principale, ha un costo notevole.

Oltre a questa tipologia esistono le celle fotovoltaiche di "seconda generazione" (basate sul silicio amorfo) in cui il funzionamento è simile, ma vengono aggiunti dei "film sottili", che se è vero che riescono a far diminuire il costo delle celle le rendono però meno efficienti.

Un’altra tipologia sono le celle fotovoltaiche a concentrazione, anch’esse di silicio, ma con una particolarità: sono dotati di particolari lenti che convogliano tutta la luce su speciali moduli ad alta efficienza energetica in grado di ricevere questa luce concentrata e trasformarla. Questo sistema di concentrazione ha sicuramente maggiore efficienza rispetto ai precedenti ma, oltre ai costi maggiori, risulta avere diversi problemi di surriscaldamento.

La cella multigiunzione è invece conosciuta come una tecnologia fotovoltaica di “terza generazione”, originariamente sviluppata per i pannelli fotovoltaici montati sui satelliti spaziali. Proprio per questa ragione sono pannelli con un’altissima efficienza, oltre che una durata più lunga rispetto alle classiche celle al silicio (le più utilizzate attualmente). Queste celle sono costituite da più strati, formati da materiali conduttori diversi: essendo diversi (quindi avendo gap energetici diversi) riescono ad assorbire i fotoni di diversi range energetici. La scelta e la disposizione studiata dei materiali permette quindi di assorbire diverse lunghezze d'onde, più ampie rispetto a quelle tradizionali. Più quantità di luce assorbita significa maggiore percentuale di trasformazione dell'energia solare e quindi maggiore efficienza e prestazioni.

I vantaggi della cella fotovoltaica più piccola al mondo

Ora che abbiamo capito le differenze tra i diversi tipi di celle fotovoltaiche e come funzionano le celle multigiunzione, torniamo a parlare dell’invenzione canadese, la cella minuscola. Quali sono i veri vantaggi di una cella fotovoltaica così piccola? Attualmente in commercio, nel fotovoltaico a concentrazione, sono usate celle di pochi millimetri le quali, surriscaldandosi, determinano diverse perdite e problemi dovuti alla dissipazione del calore, oltre che alla durata del pannello.

Queste celle sono quindi molto grandi comparate con le dimensioni minuscole della cella canadese, le cui dimensioni ridotte permettono di garantire prestazioni elettriche migliori, una riduzione delle perdite e una migliore gestione della dissipazione del calore: dimensioni ridotte e maggiore efficienza su diversi ambiti

Per valutare attentamente le prestazioni della cella solare più piccola al mondo il team di ricerca canadese ha fatto diversi test nel rinomato laboratorio Fraunhofer ISE in Germania. La percentuale di conversione, come già detto, raggiunge il 30% delle radiazioni solari, mentre i vantaggi pratici della tecnologia, come accennato, sono tre: 

  1. la dissipazione del calore
  2. la maggiore durata
  3. la riduzione delle perdite elettriche

Da questi test preliminari sembra proprio che le celle piccole, anzi minuscole, funzionano bene quanto, se non meglio, di quelle grandi e possono essere migliorate per risultati ancora più performanti, in termini di prestazioni e durata.

Questi primi studi sono incoraggianti, perché dimostrano che è possibile ancora innovare il campo dell’energia fotovoltaica, aumentandone l’efficienza. Inoltre, dato che la tecnologia con cui è costruita questa cella è compatibile con i processi industriali, è possibile che questo progetto possa diventare utilizzabile su larga scala.

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