I cristalli ferroelettrici possono aumentare fino a 1000 volte l'effetto fotovoltaico se disposti periodicamente in un reticolo con tre diversi materiali. La scoperta della Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) potrebbe aumentare in modo gigantesco l'efficienza delle celle solari.
Da dove viene questa scoperta?
I ricercatori stanno attualmente esplorando l'utilizzo di materiali alternativi alle celle solari a base di silicio, poiché queste presentano una limitata efficienza. Uno di questi materiali è il titanato di bario, un ossido misto di bario e titanio, che ha proprietà ferroelettriche. "Questo significa che ha cariche positive e negative separate spazialmente", spiega Il dott. Akash Bhatnagar, fisico del Center for Innovation Competence SiLi-nano della MLU. "Questo crea una struttura asimmetrica che può generare elettricità dalla luce. A differenza del silicio, i cristalli ferroelettrici non hanno bisogno di una giunzione p-n per creare l'effetto fotovoltaico. Questo renderà più semplice la produzione di pannelli solari".
Il nodo della notizia è tutto qui? Sareste tentati addirittura di sintetizzare l'intero articolo con "il titanato di bario è la più interessante opzione per il futuro delle celle solari". Ma c'è dell'altro. Il titanato di bario puro non assorbe molta luce solare, e pertanto genera una fotocorrente relativamente bassa. Qui entra in gioco la ricerca della Martin Luther appena pubblicata sulla rivista "Science Advances" (ve la linko qui): dimostra che la combinazione di strati estremamente sottili di materiali diversi aumenta notevolmente la resa di energia solare. I ricercatori hanno creato strati cristallini alternati di titanato di bario, titanato di stronzio e titanato di calcio.
Per ottenere un risultato ottimale, è necessario combinare un materiale ferroelettrico con uno paraelettrico. Il materiale paraelettrico, anche se normalmente non presenta cariche separate, può diventare ferroelettrico in alcune circostanze, come ad esempio a temperature molto basse o con piccole modifiche nella sua composizione chimica.
Akash Bhatnagar
Pannelli solari fino a 1000 volte più potenti?
Il nuovo materiale è stato sottoposto a misurazioni fotoelettriche con l'irradiamento di luce laser, e il risultato è stato sorprendente: il flusso di corrente era fino a 1.000 volte più alto rispetto al titanato di bario puro di spessore simile, nonostante la percentuale di titanato di bario come componente principale fotoelettrico fosse ridotta di quasi due terzi.
Gli strati di questo "reticolo" così ottenuto interagiscono tra loro in modo tale da aumentare molto la capacità di conduzione degli elettroni, ovvero la loro capacità di muoversi facilmente. Questo effetto è stato ottenuto grazie all'eccitazione dei fotoni di luce. I risultati delle misurazioni hanno inoltre dimostrato che questo effetto è molto stabile nel tempo, avendo mantenuto la sua costanza per un arco di sei mesi.
E ora?
Serve fare ulteriori ricerche per capire esattamente cosa causa l'eccezionale effetto fotoelettrico osservato nella struttura a strati. Tuttavia, il dottor Bhatnagar è convinto che il potenziale dimostrato da questo nuovo concetto potrà essere usato per rivoluzionare i prossimi pannelli solari: questa struttura a strati mostra un rendimento superiore in tutti gli intervalli di temperatura rispetto ai ferroelettrici puri. Inoltre, i cristalli utilizzati sono significativamente più durevoli e non richiedono un imballaggio speciale.
Se confermata, la straordinaria capacità di trasformare l'energia solare in elettricità di nuove celle solari basate su questo nuovo sistema sarebbero una vera e propria rivoluzione nel mondo del fotovoltaico, e in genere dell'energia rinnovabile. Incrociamo tutto l'incrociabile!
