Per affrontare la crisi climatica è necessaria una transizione verso fonti energetiche rinnovabili. Tra le varie possibilità, il fotovoltaico (quello che, semplificando, chiamiamo “pannelli solari”) rappresenta una delle tecnologie più promettenti ed economicamente sostenibili per garantirci un futuro più green.
La sfida tecnologica di oggi è di rendere le celle fotovoltaiche il più possibile efficienti come resa energetica ed economiche da produrre.
Con il fotovoltaico, l’energia solare viene trasformata in energia elettrica in modo diretto, con una tecnologia relativamente semplice e che ben si presta ad un impiego capillare e distribuito nel territorio. Più questi pannelli fotovoltaici saranno efficienti, minore sarà la superficie sottratta ad altri usi (agricolo, paesaggistico, ecc.).
Le celle fotovoltaiche attualmente in commercio sono costituite di silicio, il secondo elemento per abbondanza presente sulla terra, e si basano sulla capacità del materiale di assorbire la luce e convertirla in carica elettrica.
Per migliorare questo processo, si sta sperimentando una metodologia estremante promettente, chiamata TOPCon (tunnel oxide passivated contacts), che si basa sull’inserimento sotto la superficie del silicio di un sottilissimo strato di ossido di silicio. L’obiettivo è di aumentare l’efficienza delle celle fotovoltaiche e di limitarne i costi di produzione.
Tuttavia, la preparazione dello strato di silicio perché raccolga efficacemente le cariche costituisce un passaggio tecnico estremamente complesso e difficile da realizzare.
Impulsi laser ultra-veloci
Ora, grazie a una collaborazione tra i ricercatori dell’Università di Padova e i loro colleghi del National Renewable Energy Laboratory (NREL) – il principale laboratorio USA per le energie rinnovabili – è stato studiata una nuova tecnologia per la fabbricazione di celle fotovoltaiche ad alta efficienza. Grazie al laser si riesce a liquefare e ricristallizzare la superficie del silicio in tempi rapidissimi, ottenendo materiali innovativi in grado di raccogliere la corrente fotovoltaica in maniera più efficiente.
I fenomeni fisici coinvolti sono abbastanza complessi.
«La soluzione utilizza impulsi laser ultra-veloci, disponibili nel nostro nuovo laboratorio di Laser Processing finanziato dall’Università di Padova, per applicare degli shock termici alla superficie del silicio» spiega il professor Enrico Napolitani del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università̀ di Padova.
«È una metodologia che applichiamo con successo in molti ambiti per sintetizzare nuovi materiali: dalla nanoelettronica, alla fotonica, alla fotocatalisi, ai rivelatori per le alte energie, ma non l’avevamo mai applicata al fotovoltaico solare» conclude Napolitani.
Il gruppo di Fisica dei Semiconduttori del Dipartimento partecipa al Partenariato Esteso NEST – “Network 4 Energy Sustainable Transition“, recentemente finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del PNRR.
La ricerca dal titolo “Pulsed Laser Annealed Ga Hyperdoped Poly-Si/SiOx Passivating Contacts for High-Efficiency Monocrystalline Si Solar Cells” è stata pubblicata sulla rivista Energy & Environmental Materials.
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