Impianti fotovoltaici: sviluppato nuovo materiale quantistico con efficienza record del 190%

Il nuovo materiale mostra un assorbimento solare medio molto alto, circa l'80% 

Nel costante sforzo di migliorare le prestazioni delle celle solari e rendere l'energia solare una fonte sempre più affidabile ed efficiente, un duo di fisici della Lehigh University negli Stati Uniti ha recentemente compiuto un passo significativo. Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma hanno sviluppato un nuovo materiale quantistico che promette di rivoluzionare il settore fotovoltaico.

Il loro lavoro, pubblicato sulla rivista Science Advances, presenta una nuova ricetta per la creazione di celle solari ad alta efficienza, sfruttando una combinazione innovativa di materiali e concetti avanzati della fisica quantistica.

La chiave di questo successo risiede nella creazione di un materiale composto da atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno. Questo approccio, basato sull'utilizzo dei "gap di van der Waals", spazi atomicamente piccoli tra materiali bidimensionali stratificati, ha permesso ai ricercatori di creare un ambiente ottimale per migliorare le proprietà fotovoltaiche del materiale.

Quello che rende questo nuovo materiale così promettente è la sua capacità di sfruttare al massimo l'energia solare. Testato come strato attivo in una cella solare prototipo, il materiale ha dimostrato un impressionante assorbimento solare medio dell'80%, un alto tasso di generazione di portatori fotoeccitati e un'efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%.

È importante sottolineare che l'EQE, sebbene spesso misconosciuta, è una misura cruciale delle prestazioni delle celle solari. Rappresenta il rapporto tra il numero di elettroni che danno luogo a una corrente in un circuito esterno e il numero di fotoni incidenti ad una precisa lunghezza d'onda. Mentre nelle celle solari tradizionali l'EQE massimo è del 100%, il risultato ottenuto da Kastuar e Ekuma supera di gran lunga questo limite, aprendo nuove prospettive nel campo dell'energia solare.

Un aspetto particolarmente interessante di questo lavoro è il suo legame con le celle solari a banda intermedia (IBSC), una tecnologia emergente con il potenziale per rivoluzionare la produzione di energia pulita. Le IBSC consentono alla radiazione solare di eccitare i portatori dalla banda di valenza a quella di conduzione attraverso stati di una banda intermedia, permettendo così una generazione più efficiente di eccitoni.

Il materiale sviluppato dai ricercatori della Lehigh University si inserisce perfettamente in questa cornice, offrendo livelli di energia all'interno dei gap di sottobanda ideali per massimizzare l'assorbimento e la generazione di portatori nella gamma dello spettro dal vicino infrarosso alla luce visibile.

Sfruttando una combinazione di concetti avanzati della fisica e tecnologie innovative, Kastuar e Ekuma hanno aperto la strada a nuove possibilità per celle solari ad alta efficienza, che potrebbero svolgere un ruolo cruciale nell'affrontare il fabbisogno energetico globale.

In un momento in cui la transizione verso fonti di energia più sostenibili è una priorità urgente, i progressi come questo ci portano un passo più vicino a un futuro alimentato interamente dall'energia solare.