La Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU, Germania) ha compiuto un passo avanti rivoluzionario. Pubblicato su Science Advances, il loro studio innovativo sulla struttura a strati di titanato mostra come sia possibile produrre pannelli solari con una corrente fino a 1000 volte superiore creando strati cristallini di titanato di bario, titanato di stronzio e titanato di calcio, disposti alternativamente l'uno sull'altro in una struttura reticolare.
La novità salta all’occhio a chiunque abbia letto qualcosa sui pannelli solari: quelli attualmente usati, basati sul silicio, hanno un’efficienza molto ridotta, intorno al 22-23%. Chiaramente ci servono soluzioni per creare più energia nella stessa quantità di spazio, ed è questa la direzione presa da ricercatori dell’università tedesca.
I materiali ferroelettrici hanno cariche positive e negative spazialmente separate, il che porta a una struttura asimmetrica che genera elettricità dalla luce. A differenza del silicio, i cristalli ferroelettrici non richiedono una giunzione pn per creare l'effetto fotovoltaico, rendendo più facile la produzione di pannelli solari.
Tuttavia, il titanato di bario puro non assorbe molto la luce del sole, con una conseguente fotocorrente relativamente bassa. La nuova ricerca ha dimostrato che la combinazione di strati estremamente sottili di materiali diversi aumenta significativamente il rendimento dell'energia solare.
Secondo le dichiarazioni del fisico Akash Bhatnagar, appartenente al Centro di Competenza per l'Innovazione SiLi-nano presso la MLU, l'elemento cruciale risiede nell'alternanza di un materiale ferroelettrico con uno paraelettrico. Nonostante quest'ultimo non presenti cariche separate inizialmente, può acquisire proprietà ferroelettriche in specifiche circostanze, come ad esempio a basse temperature o mediante leggere modifiche nella sua struttura chimica. Così facendo l’effetto fotovoltaico aumenta notevolmente.
Il risultato ha sorpreso anche il gruppo di ricerca: rispetto al titanato di bario puro di spessore simile, il flusso di corrente era fino a 1.000 volte più forte, nonostante la proporzione di titanato di bario come componente fotoelettrico principale fosse ridotta di quasi due terzi.
Ulteriori indagini sono ora indispensabili per identificare l'origine precisa dell'eccezionale effetto fotoelettrico. Bhatnagar esprime fiducia nel fatto che il potenziale evidenziato dal nuovo concetto possa tradursi in applicazioni pratiche nei pannelli solari.
"La struttura stratificata dimostra prestazioni superiori in tutti gli intervalli di temperatura rispetto ai materiali ferroelettrici puri. I cristalli, inoltre, manifestano una notevole robustezza e non richiedono particolari accorgimenti nell'imballaggio".
Questo recente progresso ha implicazioni di vasta portata per l'industria solare. I pannelli solari realizzati con questo innovativo materiale potrebbero offrire un'efficienza notevolmente superiore, con costi di produzione inferiori rispetto alle celle solari basate sul silicio. In aggiunta, richiederebbero meno spazio per generare la stessa quantità di elettricità, rendendoli particolarmente adatti per l'impiego in ambienti urbani.
L'energia solare si configura come una delle fonti di energia rinnovabile in più rapida crescita, e si prevede un drastico aumento della domanda di pannelli solari nei prossimi anni. Secondo l'Agenzia Internazionale dell'Energia, l'energia solare è proiettata a diventare la principale fonte di elettricità entro il 2050, contribuendo a circa un terzo della produzione globale di elettricità. Tuttavia, affinché questa prospettiva si concretizzi, è imperativo migliorare l'efficienza degli attuali pannelli solari. La scoperta del team di ricerca della MLU potrebbe svolgere un ruolo chiave in questa transizione.
Il team sta già lavorando a un nuovo prototipo di cella solare basato sulle sue scoperte. In caso di successo, questo potrebbe portare allo sviluppo di pannelli solari commerciali basati sul nuovo materiale entro i prossimi anni. "Siamo entusiasti del potenziale della nostra scoperta per fare una vera differenza nel mondo", ha dichiarato Yun. "Se riuscissimo a creare pannelli solari più efficienti, durevoli ed economici, potremmo contribuire ad accelerare la transizione verso un futuro più sostenibile".
I risultati del team di ricerca dell'MLU hanno suscitato interesse anche tra gli investitori e gli imprenditori. Diverse start-up stanno già esplorando i modi per commercializzare la nuova tecnologia e i venture capitalist sono desiderosi di finanziare ulteriori ricerche in questo settore.