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Produzione di celle solari: stiamo sbagliando da 20 anni?

Una ricerca dell'Università del Lussemburgo sui processi produttivi delle celle solari ha dimostrato che le supposizioni fatte negli ultimi 20 anni sui processi chimici che ne governano il funzionamento sono, di fatto, imprecise. I fisici hanno pubblicato le loro scoperte su Nature Communications. I pannelli fotovoltaici convertono la luce del sole in energia elettrica, ovvero assorbono […]

Una ricerca dell'Università del Lussemburgo sui processi produttivi delle celle solari ha dimostrato che le supposizioni fatte negli ultimi 20 anni sui processi chimici che ne governano il funzionamento sono, di fatto, imprecise. I fisici hanno pubblicato le loro scoperte su Nature Communications.

I pannelli fotovoltaici convertono la luce del sole in energia elettrica, ovvero assorbono la luce in entrata eccitando gli elettroni, spingendoli così in una direzione predefinita per generare una corrente elettrica che può accendere una lampadina o alimentare un motore.

Questo processo avviene tramite l'interazione di diversi strati di semiconduttori e metalli nel pannello solare. Le celle sono prodotte con un processo complesso in cui diversi elementi chimici vengono depositati su un substrato di vetro, tipicamente per evaporazione. In tal modo, una cella solare "cresce", strato dopo strato.

In passato gli scienziati scoprirono casualmente che l'efficienza di un tipo di tecnologia di cella solare migliora di molto se si aggiunge sodio allo strato che assorbe la luce. Allo stesso tempo osservarono che il sodio impatta sulla crescita di questo strato e l'interazione degli altri elementi chimici, inibendo la miscelazione di gallio e indio.

Questo porta a strati meno omogenei e perciò altera i risultati. Perciò, in passato, gli scienziati e i produttori credevano che il modo ideale di produrre una cella solare fosse quello di aggiungere il sodio solo dopo la conclusione del processo di crescita.

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Immagine microscopica dello strato assorbente di una cella solare fatta da un grano (nero e bianco) e la corrispondente analisi chimica che mostra la concentrazione di gallio (arancione) e indio (viola). © University of Luxembourg

Tramite l'uso di un differente approccio, i ricercatori della Physics and Materials Science Research Unit dell'Università del Lussemburgo, insieme a quattro partner internazionali, sono ora riusciti a mostrare che la verità è un'altra.

Mentre comunemente lo strato che assorbe la luce è fatto di migliaia di singoli grani, il gruppo di ricerca ha scelto una strategia di produzione più impegnativo e ha sviluppato lo strato come un singolo grano. "Essenzialmente in questo lavoro mostriamo che se lo strato assorbente è fatto di solo un grano, aggiungere una piccola quantità di sodio aiuta a rendere omogenea la distribuzione degli elementi", ha affermato Diego Colombara, Marie Curie Research Fellow presso l'International Iberian Nanotechnology Laboratory e principale autore dello studio. "Ciò è davvero sorprendente, perché più di 20 anni di ricerche precedenti hanno mostrato costantemente l'effetto opposto su uno strato assorbente fatto di molti grani".

La conclusione dei ricercatori è che il sodio abbia un effetto duale: rende omogenei gli elementi all'interno di ogni grano ma rallenta l'omogeneizzazione nell'interazione tra i grani. "Questo ci dà l'opportunità di ripensare come produciamo le celle solari. In futuro, queste informazioni potrebbero portare a miglioramenti nel processo produttivo", ha aggiunto il Dr Phillip Dale, a capo del gruppo di ricerca del Laboratory for Energy Materials (LEM) presso la University of Luxembourg.