Fotovoltaico: in arrivo celle solari bifacciali che sfruttano l’infrarosso

Le celle solari in commercio riescono a sfruttare solo una frazione limitata della radiazione solare. Le celle al silicio non sono in grado di utilizzare, per la generazione di energia elettrica, una parte della radiazione infrarossa, la porzione dello spettro solare con la lunghezza d’onda più corta. Il risultato è che circa il 20% dell’energia in arrivo dal sole non è disponibile per la produzione di elettricità.

Ora però i ricercatori dell’Istituto Fraunhofer di Friburgo, insieme ai loro colleghi dell’Università di Berna, in Svizzera, e dell’Università Heriot-Watt di Edimburgo, in Scozia, sono riusciti per la prima volta a rendere utilizzabile una parte di questa radiazione, impiegando uno speciale convertitore all’interno di nuove celle solari bifacciali.

La tecnologia che trasforma i raggi infrarossi in luce utilizzabile, in realtà, è conosciuta fin dal 1960, ma le sue possibili applicazioni alle celle solari vengono esplorate solo dal 1996. Quello ottenuto dai ricercatori di Friburgo, Berna ed Edimburgo è il più grande miglioramento in termini di efficienza finora realizzato.

Il potenziale di questa tecnica, riferiscono gli studiosi, è grande: le celle solari in silicio convertono in energia elettrica circa il 30% della luce solare che le investe. L’uso del nuovo up-converter potrebbe aumentare questa percentuale fino ad un livello del 40%.

Il funzionamento è questo: quando la luce colpisce la cella al silicio, questa assorbe una parte della radiazione. Il resto, inclusa la maggior parte degli infrarossi, la attraversa, raggiungendo il convertitore (costituito da una polvere microcristallina fatta di sodio fluoruro di ittrio incorporata in un polimero) collocato sul lato posteriore della cella.

Nel prototipo di cella solare bifacciale, parte dell’ittrio è stato sostituito dagli scienziati con l’elemento erbio. Sono proprio gli ioni erbio ad essere eccitati dalla luce in arrivo, che porta gli elettroni ad uno stato energetico più elevato. Questo salto energetico, una volta che l’elettrone torna al suo stato “normale”, consente l’emissione di luce.

I ricercatori hanno dovuto modificare le celle solari per renderle adatte ad impiegare un up-converter come questo. Normalmente il metallo è depositato a vapore sul retro, impedendo il passaggio della luce. Spiega Stefan Fischer, scienziato del Fraunhofer Institut:

Abbiamo dotato le celle solari di grate metalliche sui lati anteriore e posteriore, in modo che la luce infrarossa possa può passare attraverso le celle stesse. Inoltre, la luce può essere utilizzata da entrambe le facce della cella, per questo parliamo di celle solari bi-facciali.Per la prima volta, inoltre, abbiamo applicato il rivestimento anti-riflesso anche alla parte posteriore della cella, il che potrebbe aumentare l’efficienza dei moduli e far crescere le rese energetiche.