Cosa comporta unire il fotovoltaico con la quantistica? Questo: avere un’efficienza che raggiunge il 190%, con un’assorbimento fotovoltaico medio dell’80%.
Un risultato straordinario per il team di ricercatori dell’Università di Lehigh, che ha sviluppato un particolare materiale quantistico che permette di aumentare drasticamente l’efficienza dei pannelli fotovoltaici.
Fotovoltaico, efficienza al 190% grazie a questo materiale quantistico
Davvero un passo avanti per lo sviluppo di soluzioni energetiche sostenibili! Ed è di questo avviso anche Chinedu Ekuma, professore di fisica e coautore di questa ricerca con lo studente di dottorato dell’Università di Lehigh, Srihari Kastuar.
Pubblicato sulla rivista Science Advances, al momento il materiale al centro di questa ricerca è solo un prototipo, Anche se è già molto promettente: posto come strato attivo in una cella solare, mostra non solo un assorbimento fotovoltaico medio dell’80%, ma anche un’efficienza quantica esterna (EQE) che arriva fino a un inedito 190%.
Per la cronaca, come precisa Rinnovabili, l’EQE è 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.
Come riporta lo stesso Techxplore, avere un 190% di EQE è qualcosa di impressionante: si tratta di un valore che supera di gran lunga il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio.
Come hanno sviluppato il materiale quantistico
Il successo di questo materiale è dovuto dai suoi “stati di banda intermedia“. Si trattano di specifici livelli energetici posizionati all’interno della struttura elettronica del materiale, che presentano livelli energetici all’interno di opportuni intervalli di banda, in cui il materiale può assorbire la luce e produrre una certa carica.
Detto in maniera povera, se in genere nelle tradizionali celle solari l’EQE massima è del 100% perché generazione e raccolta riguardano un elettrone per ogni fotone assorbito, nel corso del tempo questa tecnologia permette di raccoglierne di più da un singolo fotone, così da rendere più efficiente il dispositivo fotovoltaico del futuro.
Come nel caso del materiale sviluppato a Lehigh.
Sfruttando i cosiddetti “gap di van der Waals” (piccoli gap atomici tra materiali bidimensionali stratificati), e inserendo atomi di rame zerovalente tra strati di un materiale bidimensionale composto di seleniuro di germanio (GeSe) e solfuro di stagno (SnS), è stato possibile sviluppare un materiale quantistico che ha quasi raddoppiato l’efficienza energetica del pannello fotovoltaico.
Come materiale potrebbe addirittura diventare un candidato promettente per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza di prossima generazione, perfette per soddisfare i bisogni energetici globali. E anche se l’integrazione del nuovo materiale richiederà ulteriori ricerche e sviluppi, Ekuma sottolinea che la tecnica sperimentale è già in fase avanzata.
Se vuoi saperne di più su questo studio, ti suggeriamo la lettura completa del paper pubblicato su Science Advances.
Srihari Kastuar et al, Chemically Tuned Intermediate Band States in Atomically Thin CuxGeSe/SnS Quantum Material for Photovoltaic Applications, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adl6752.
