Le celle fotovoltaiche, utilizzate per convertire la radiazione solare in energia elettrica green, possono essere considerate una tecnologia caratterizzata da elevata efficienza energetica.
Il fotovoltaico, permettendo di generare energia elettrica rinnovabile, è una delle tecnologie energetiche green più utilizzate per la generazione distribuita.
Le istallazioni fotovoltaiche, necessarie per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e sostenere la transizione energetica, permettono di realizzare infrastrutture energetiche molto versatili ed efficienti.
Per sostenere una transizione verso un modello energetico green, che permette di ridurre progressivamente la dipendenza dalle fonti fossili favorendo l’utilizzo e l’integrazione delle fonti rinnovabili, è fondamentale aumentare le prestazioni energetiche anche della tecnologia solare.
Migliorando l’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche, utilizzare per costruire i moduli istallati nelle infrastrutture energetiche green, è possibile aumentare la produzione di energia rinnovabile e ottimizzare l’utilizzo delle superfici disponibili per le istallazioni.
Le celle fotovoltaiche a film sottile, caratterizzate da elevata efficienza energetica e con uno spessore che può variare da pochi micrometri o addirittura di alcuni nanometri in base ai materiali utilizzati, permettono di ridurre il peso dei moduli solari.
Con uno spessore molto inferiore rispetto alle celle fotovoltaiche tradizionali, realizzate con dimensioni dell’ordine di alcune centinaia di micron, le celle a film sottile permettono di realizzare moduli flessibili che garantiscono una migliore integrazione sulle superfici architettoniche esistenti.
Un team di ricercatori della Dartmouth Collage, l’istituto d’istruzione superiore con sede a Hanover negli Stati Uniti, ha individuato una nuova classe di materiali chiamati Zintl in grado di aumentare l’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche a film sottile.
La possibilità di realizzare moduli fotovoltaici sottili ed efficienti, che garantiscono una migliore integrazione sulle superfici architettoniche esistenti, permette alla tecnologia solare di assumere un ruolo fondamentale per sviluppare un futuro energetico sostenibile.
Zintl, il nuovo assorbitore per migliorare l’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche
Il nuovo assorbitore solare, individuato dai ricercatori della Dartmouth Collage, offre prospettive molto interessanti per migliorare l’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche a film sottile.
L’attività di ricerca, pubblicata sulla rivista scientifica Joule e sviluppata nei laboratori statunitensi, ha permesso al team di ricercatori, guidati dal professor Geoffroy Hautier, d’individuare un nuovo assorbitore solare caratterizzato da elevata efficienza energetica.
Gli scienziati, creando un database contenente circa quarantamila materiali inorganici con proprietà documentate, hanno avviato una ricerca mirata per individuare un materiale innovativo con le migliori caratteristiche, adatte per realizzare un assorbitore solare con elevata efficienza energetica.
Utilizzando un metodo di screening computazionale, che consiste in una tecnica utilizzata in ambito scientifico e tecnologico per esaminare grandi quantità di dati attraverso l’utilizzo di modelli matematici, algoritmi e simulazioni al computer, sono state analizzate le proprietà di tutti materiali.
Il risultato dell’analisi computazionale, attraverso la selezione dei materiali con le migliori caratteristiche per un assorbitore solare, ha permesso d’individuare lo Zintl-fosfuro BaCd2P2.
Il materiale innovativo, con gap di banda ottimale, fotoluminescenza brillante e lunga durata del portatore e ottima resistenza agli agenti atmosferici, ha le proprietà idonee per realizzare le celle fotovoltaiche a film sottile caratterizzate da elevata efficienza energetica.
Il nuovo materiale, oltre a convertire efficacemente la luce solare in energia elettrica rinnovabile, permette di ridurre lo spessore delle celle fotovoltaiche e migliorare l’integrazione dei moduli solari sulle superfici architettoniche.
Un materiale innovativo con caratteristiche fondamentali
Il gap di banda ottimale, associato alla differenza di energia tra la banda di valenza e di conduzione di un materiale semiconduttore, è un parametro cruciale per l’ottimizzazione delle celle fotovoltaiche.
Questo parametro, che influisce direttamente sull’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche, permette di aumentare le prestazioni energetiche della tecnologia solare.
I materiali con un gap di banda ottimale possono assorbire efficacemente la luce solare, permettendo agli elettroni di essere eccitati dalla banda di valenza alla banda di conduzione, generando energia elettrica rinnovabile per la transizione energetica.
Materiali con un gap di banda troppo stretto possono avere una bassa capacità di assorbimento della luce solare, mentre materiali con un gap di banda troppo ampio possono dissipare eccessivamente l’energia sotto forma di calore, riducendo l’efficienza complessiva della conversione fotovoltaica.
La fotoluminescenza brillante, considerato un fenomeno ottico che avviene quando un materiale emette luce visibile dopo essere stato eccitato da una radiazione elettromagnetica come la luce solare, indica una forte capacità di conversione dell’energia solare in luce visibile.
Questo fenomeno ottico, considerato un requisito essenziale per massimizzare l’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche, permette di aumentare le prestazioni energetiche della tecnologia solare.
I materiali con una fotoluminescenza intensa, utilizzati per realizzare le celle fotovoltaiche con elevata efficienza energetica, possono generare una maggiore quantità di energia elettrica quando esposti alla luce solare.
La durata del portatore è un parametro che si riferisce al tempo medio che gli elettroni e le lacune, considerati come portatori di carica all’interno del materiale, possono rimanere liberi prima di ricombinarsi.
Le celle fotovoltaiche, realizzate con materiali caratterizzati da una lunga durata del portatore, possono convertire con maggiore efficienza energetica la luce solare in energia elettrica rinnovabile.
Il gap di banda ottimale, la fotoluminescenza brillante e la lunga durata del portatore sono caratteristiche fondamentali per l’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche.
L’innovazione tecnologica per un futuro sostenibile
L’efficienza energetica delle celle fotovoltaiche, che permette di convertire la radiazione solare in energia elettrica rinnovabile con elevato rendimento, ha un ruolo fondamentale nel promuovere una transizione energetica verso un futuro sostenibile.
La tecnologia fotovoltaica, con la ricerca di materiali innovativi come lo Zintl, offre prospettive importanti per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili utilizzando fonti energetiche rinnovabile.
Con la loro capacità di generare energia elettrica green, con tecnologie versatili e facilmente integrabili, le celle fotovoltaiche non solo permettono di ridurre le emissioni di gas serra, ma offrono anche soluzioni flessibili per sfruttare al meglio le risorse energetiche disponibili.
La tecnologia fotovoltaica, con la ricerca e lo sviluppo di materiali sempre più efficienti e sostenibili, apre la strada a un futuro in cui l’energia solare svolge un ruolo essenziale nel plasmare un mondo più pulito e rispettoso dell’ambiente.
