Celle solari a nanofili, nuova scoperta fa impennare efficienza al 13,8%

Nell’ultimo numero di Science i ricercatori dell’Università di Lund, in Svezia, hanno dimostrato che i nanofili potrebbero aprire la strada alla costruzione di celle solari più efficienti e meno costose.

“Siamo i primi a dimostrare che è davvero possibile utilizzare i nanofili per la fabbricazione di celle solari”, dice Borgström Magnus, un ricercatore in fisica dei semiconduttori e autore principale dello studio.

La ricerca sui nanofili nelle celle solari si sta moltiplicando nei laboratori di ricerca in giro per il mondo. Fino ad ora il massimo di efficienza ottenuta per questa tecnologia era il 10 per cento. Ma ora Borgström e colleghi sono riusciti a far progredire la tecnologia in modo impressionante, riuscendo ad arrivare ad un rispettabile 13,8 per cento.

Le cellule fotovoltaiche classiche sono intorno al 17-18 per cento di efficienza, ma hanno un processo di fabbricazione più costoso. I nanofili promettono di migliorare i costi e l’efficienza, una volta prodotti su scala industriale. Inoltre, occupano meno spazio a parità di energia prodotta.

I nanofili usati nella ricerca sono fatti di fosfuro di indio, un materiale semiconduttore, e funzionano come delle antenne che assorbono la luce solare e generano energia. I nanofili sono montati su superfici di un millimetro quadrato che contengono ognuna circa 4 milioni di questi fili su scala nanometrica. Una cella solare a nanofili è in grado di produrre elettricità per unità di superficie superiore alle celle di silicio impiegate oggi.

Le celle solari a nanofili non sono ancora uscite dai laboratori di ricerca, ma questa promettente tecnologia potrebbe essere presto utilizzata in grandi centrali elettriche solari in regioni soleggiate come il sud degli Stati Uniti, la Spagna meridionale e l’Africa.

I ricercatori di Lund hanno riusciti a individuare il diametro ideale dei nanofili e come sintetizzarli. “La dimensione giusta è essenziale per permettere ai nanofili di assorbire più fotoni. Se sono spessi pochi decimi di nanometro sono troppo piccoli e la loro funzione è significativamente compromessa”, spiega Magnus Borgström.

Le celle solari al silicio utilizzate per produrre elettricità per uso domestico sono relativamente economiche, ma inefficienti perché sono solo in grado di utilizzare una parte limitata della luce solare. La ragione è che un singolo materiale può assorbire solo parte dello spettro della luce.

Ricerche in corso mirano pertanto a combinare diversi tipi di materiale semiconduttore per un uso efficiente di una parte più ampia dello spettro solare. Lo svantaggio di questo approccio è che i pannelli diventano estremamente costosi e possono pertanto essere utilizzati in contesti di nicchia, come i satelliti e gli aerei militari.

Tuttavia, questo non è il caso dei nanofili. A causa delle loro piccole dimensioni, combinare materiali diversi per utilizzare al meglio tutto lo spettro solare sarà molto più semplice e meno costoso, ottenendo un’efficienza superiore ad un basso costo. Il processo è anche meno complicato. In questo articolo di Science, i ricercatori hanno dimostrato che i nanofili possono generare energia come un film sottile dello stesso materiale usando solo il 10 per cento della superficie.

“In qualità di coordinatore del progetto, sono molto orgoglioso di questo ottimo risultato – che ha ampiamente superato le nostre aspettative. Continueremo la ricerca sulle cellule solari a nanofili e speriamo di raggiungere un livello ancora più elevato di efficienza”, ha dichiarato Knut Deppert.