I ricercatori del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, utilizzando un nuovo rivestimento antiriflesso, hanno aumentato con successo l’efficienza di conversione della migliore cella fotovoltaica a quattro giunzioni disponibile fino ad oggi dal 46,1% al 47,6%, una concentrazione di 665 soli. Un risultato definito una «pietra miliare globale», poiché attualmente non esiste una cella solare con un’efficienza più elevata in tutto il mondo.
Negli ultimi due anni, Fraunhofer ISE ha lavorato a un progetto ambizioso chiamato “50%”. L’obiettivo del progetto,finanziato dal ministero federale tedesco per gli Affari economici e l’azione per il clima BMWK, è sviluppare per la prima volta una cella fotovoltaica con un’efficienza del 50%. Per raggiungere questo obiettivo, ogni singolo strato della complessa cella solare multigiunzione viene ulteriormente ottimizzato. I miglioramenti nella tecnologia di processo sono incorporati per i contatti metallici e gli strati antiriflesso. Ora il gruppo di ricerca ha raggiunto una prima svolta: la loro ultima cella solare sotto la luce solare concentrata raggiunge un’efficienza del 47,6%.
«Siamo entusiasti di questo risultato, ottenuto solo un anno dopo l’apertura del nostro nuovo Centro per le celle solari ad alta efficienza – afferma Frank Dimroth, capo dipartimento di III-V Fotovoltaico e tecnologia dei concentratori presso Fraunhofer ISE -. Nella nostra ricerca, miriamo a rendere il fotovoltaico a concentrazione ancora più efficiente e competitivo, poiché riteniamo che questa sia la forma più sostenibile di generazione di elettricità rinnovabile».
La struttura a strati della nuova cella solare è stata sviluppata nel 2016 insieme alla società francese Soitec Inc., che progetta e produce materiali semiconduttori innovativi. La cella fotovoltaica tandem superiore è composta da fosfuro di gallio indio (GaInP) e arseniuro di gallio alluminio (AlGaAs), che è stata legata da Soitec su una cella solare tandem inferiore composta da fosfuro di arseniuro di gallio indio (GaInAsP) e arseniuro di gallio indio (GaInAs). Uno strato di contatto migliorato e un rivestimento antiriflesso a 4 strati sono stati applicati alla struttura delle celle tandem nel Center for High Efficiency Solar Cells di Fraunhofer ISE. Queste misure riducono le perdite di resistenza e la riflessione sul lato anteriore della cella, che è spettralmente sensibile all’interno di un ampio intervallo di 300 e 1780 nanometri. Le celle fotovoltaiche convenzionali in silicio assorbono la luce solare solo fino a una lunghezza d’onda di 1200 nanometri e quindi non richiedono un rivestimento antiriflesso a banda larga.
Le celle solari multigiunzione realizzate con semiconduttori composti III-V sono sempre state tra le celle solari più efficienti al mondo. Raggiungono il loro massimo potenziale quando la luce solare in entrata viene concentrata dalle lenti su dispositivi a celle solari in miniatura di pochi millimetri quadrati di dimensioni.
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