Un team di Berkeley ha infranto un nuovo record nell’efficienza del termofotovoltaico e segna la strada verso un motore ultraleggero in grado di alimentare droni per giorni.
Negli ultimi 15 anni l’efficienza della conversione del calore in energia elettrica si è bloccato al 23%. Oggi una brillante intuizione ha permesso ad un gruppo di ricercatori di fare un altro passo, portandola al 29%. L’obiettivo, finalmente concreto, è di arrivare adesso al 50% dell’efficienza con un nuovo design e l’uso ancora più saggio di questi nuovi criteri.
Le implicazioni
La ricerca di Berkeley ha conseguenze dirette e importanti su tutte le tecnologie che richiedono pesanti batterie per funzionare.
Il termofotovoltaico è una fonte alternativa ultraleggera che permetterà a un ampio range di velivoli senza pilota di volare ininterrottamente per giorni prima di scaricarsi. Potrà essere impiegato anche per alimentare sonde spaziali per secoli, e nel prossimo futuro riuscire ad alimentare una intera casa con un generatore dalle dimensioni di una busta da lettere.
Il lavoro dei ricercatori della UC Berkeley è stato raccolto in un paper pubblicato questa settimana sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Il termofotovoltaico è compatto e molto efficiente per un’ampia gamma di applicazioni. Da quelle che richiedono un minimo di 100 watt (un piccolo drone) a quelle che richiedono 100 megawatt (elettricità per 36.000 case),” dice Eli Yablonovitch, Professore di ingegneria elettrica e scienze computazionali, nonché co-autore dello studio.
Come funziona il principio
Secondo Yablonovitch questi risultati nascono dal lavoro fatto con i suoi studenti e pubblicato 8 anni fa, nel 2011. In quel lavoro di estremo talento l’idea fu che la chiave per migliorare il solare non avrebbe dovuto solo essere quella di assorbire più fotoni, ma anche di emetterne. Aggiungendo uno specchio ad alta riflettenza sul retro di una cella fotovoltaica il team batté il record di efficienza, e perfezionando la tecnica continua a ottenere risultati.
“Ciò che lo specchio riesce a fare è creare un denso gas fotonico luminescente infrarosso all’interno della cella solare. Un fenomeno che incrementa il voltaggio,” dice Yablonovitch.
Il team ha scoperto che la presenza di questo specchio può risolvere una delle più grandi sfide nel campo della ricerca sul termofotovoltaico: come adoperare i fotoni che hanno troppa poca energia per produrre elettricità.
Uno specchio semplicemente li fa “tornare” in gioco e rimbalzare nuovamente sul campo di battaglia, coinvolgendoli nel processo di generazione energetica.
“Un risultato mai ottenuto nella Storia con un semplice specchio dorato. Ora aggiungeremo uno strato di elettrico sotto quello dello specchio, e porteremo immediatamente l’efficienza al 36%,” dice Luis M. Pazos Outόn, un altro degli autori.
Si tratta di un risultato già straordinario, e arrivare al 50% di efficienza adesso è davvero alla nostra portata.
Ecco lo studio: Zunaid Omair et al. Ultraefficient thermophotovoltaic power conversion by band-edge spectral filtering, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1903001116
