Il mercato del fotovoltaico è dominato dalle celle solari a base di silicio, ma la tecnologia si sta avvicinando alla massima efficienza teorica raggiungibile con il silicio come unico materiale assorbente, ovvero il 29,4%. Per questo, le celle solari tandem – che combinano diversi materiali assorbenti, permettendo un migliore utilizzo energetico dello spettro solare – hanno un futuro promettente.
Dopo una ricerca durata oltre dieci anni, gli scienziati del Fraunhofer ISE, in cooperazione con il TU Ilmenau e l’Università Philipps di Marburgo nell’ambito del progetto MehrSi, hanno ottenuto un nuovo record di efficienza del 22,3% per una cella solare multigiunzione fatta di silicio e di materiali semiconduttori III-V. Il risultato è stato pubblicato sulla tabella internazionale dei migliori risultati di efficienza raggiunti dalla ricerca sulle celle solari, il 25 dicembre 2018.
Per combinare il silicio ai semiconduttori III-V, come l’arseniuro di gallio, i ricercatori hanno due strade possibili: depositare prima le strutture III-V delle celle solari su substrati di arseniuro di gallio, poi trasferirle su una cella solare di silicio utilizzando una tecnologia di legame tra semiconduttori, e infine tagliare via il substrati di arseniuro di gallio. Oppure, far crescere gli strati III-V direttamente sulla cella solare di silicio.
UN APPROCCIO INNOVATIVO E MENO COSTOSO. Gli scienziati del Fraunhofer ISE hanno seguito questo secondo approccio, meno costoso ma anche più complicato dal punto di vista tecnico: durante la fase di crescita bisogna infatti controllare con estrema attenzione la struttura atomica, in modo che gli atomi di fosforo e di gallio si sistemino correttamente nei giusti siti del cristallo di silicio. Inoltre, per produrre l’arseniuro di gallio bisogna aumentare la distanza tra gli atomi nel reticolo cristallino.
Siamo entusiasti di questo risultato nel campo della crescita diretta di semiconduttori III-V sul silicio, un approccio di ricerca importante per le celle solari tandem - afferma Andreas Bett, direttore dell’istituto Fraunhofer ISE. A Friburgo al momento stiamo costruendo un nuovo centro di ricerca per celle solari ad alta efficienza. Il nostro lavoro sulle celle tandem sarà portato avanti nei nuovi spazi non appena saranno completati, nel 2020. Con un’infrastruttura tecnica migliorata, ci aspettiamo che gli sviluppi sulle celle solari multigiunzione accelerino rapidamente.
