Una pellicola potrebbe aumentare l'efficienza delle celle solari con un 'trucco'
Ricercatori newyorkesi hanno sviluppato un film sottile che aumenta l'efficienza delle celle solari convertendo le lunghezze d'onda luminose non sfruttate in luce nel vicino all'infrarosso, quella "digerita" dalle celle in silicio.
di Manolo De Agostini pubblicata il 21 Luglio 2022, alle 11:01 nel canale Scienza e tecnologiaLe celle solari sono fondamentali per la transizione ecologica e per questo le aziende e i centri di ricerca di tutto il mondo lavorano a un unico obiettivo: aumentarne l'efficienza e, contemporaneamente, ridurne i costi di produzione. Solo così l'installazione dei pannelli solari diventerà sempre più capillare riducendo la dipendenza dalle fonti fossili.
Sono diverse le strade che si stanno imboccando, l'ultima delle quali arriva dalla New York University (NYU) Tandon, dove un gruppo di ricercatori guidati da Eray Aydil ha deciso di affrontare un aspetto dell'inefficienza delle celle solari: la natura della luce stessa.
Il problema con le celle solari al silicio è che non si adattano perfettamente allo spettro solare, ovvero solo determinate lunghezze d'onda possono essere usate in modo efficiente. Ad esempio, la luce ultravioletta e quella blu non vengono convertite in energia elettrica né in luce infrarossa. Ciò significa che buona parte dell'energia potenziale che potrebbe essere catturata viene sprecata.
I ricercatori dell'ateneo statunitense hanno sviluppato una pellicola sottile che può essere utilizzata nelle celle solari per modificare lo spettro luminoso trasformando la luce ultravioletta e blu in luce nel vicino all'infrarosso (la sorgente più efficiente per le celle solari). Insomma, le celle potrebbero guadagnare in efficienza convertendo le lunghezze d'onda "sprecate" in quelle che possono essere utilizzate per produrre elettricità.
La pellicola è costituita da perovskite drogata con piccole quantità di itterbio. La perovskite è in grado di assorbire la luce blu e trasferire quell'energia all'itterbio, che la emette come luce nel vicino infrarosso. A quel punto i fotoni rossi possono quindi essere captati dalla cella al silicio, integrando quella raccolta direttamente dai raggi solari.
La modifica dello spettro luminoso ha altri vantaggi. I raggi UV possono far degradare le celle più rapidamente e causare del surriscaldamento che mina l'efficienza. Insomma, la pellicola potrebbe essere la classica soluzione che prende "due piccioni con una fava".
Nei test, il team ha scoperto che la pellicola potrebbe riuscire a convertire i fotoni blu in rossi con un'efficienza dell'82,5%. È importante non confondere questa cifra con l'efficienza della cella solare stessa, anche se questa nuova pellicola dovrebbe comunque migliorarla (fino a che punto si vedrà).
I ricercatori hanno già sperimentato modi per migliorare il loro design. In un successivo studio sono riusciti a modificare la temperatura del processo di produzione per ridurre la quantità di bismuto che fuoriesce dal materiale. La pellicola così realizzata è capace di raggiungere un'efficienza di conversione fino al 95%.
E potrebbe esserci ancora spazio per andare oltre. Il team afferma che potrebbe essere possibile superare la barriera del 100%, il che significherebbe che vengono emessi più fotoni rossi rispetto al numero di fotoni blu che colpisce la pellicola. "Non sappiamo ancora esattamente (come aumentare l'efficienza oltre il 100%)", ha detto Eray Aydil a New Atlas. "Tuttavia, abbiamo alcune idee".
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15 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - infoUn'efficienza di conversione b->r del 100% significherebbe aumentare del 65% quella dei pannelli solari, e non è poco!!!!
ma dal 20% circa di efficienza complessiva delle celle a quanto si stima di arrivare con questa modifica? Perché poi tutto il gioco sta lì...
a parità di superficie occupata da un pannello sarebbe utile ottenere un (bel) po' di energia in più
Un'efficienza di conversione b->r del 100% significherebbe aumentare del 65% quella dei pannelli solari, e non è poco!!!!
a ecco... quindi si potrebbe passare (a spanne) dal 20 al 30% di efficienza!
In pratica dove oggi c'è un impianto da 3 kW ne avremmo uno da 4.5! mica male...
https://it.wikipedia.org/wiki/Film_sottile
https://it.wikipedia.org/wiki/Film_sottile
Quindi nel caso si arrivi ad una commercializzazione, non sarebbe possibile convertire vecchi pannelli già installati o no.
Un'efficienza di conversione b->r del 100% significherebbe aumentare del 65% quella dei pannelli solari, e non è poco!!!!
Peraltro non sono molto d'accordo sulla definizione di efficienza citata nell'articolo. In contesto energetico l'efficienza riguarda l'energia, non il numero di fotoni.
Per cui una efficienza del 100% o addirittura superiore non è possibile.
L'errore è nella traduzione: nella news originale scrivono che «Shifting […] percent of the light», e dicono che questo migliorerà l'efficienza. Corretto, ma diverso da quanto qui riportato.
Se si parla di film sottili come uno degli articoli linkati fa, deve necessariamente essere un trattamento da effettuare durante la fase di produzione della cella solare, non una pellicola da applicare in seguito.
Link ad immagine (click per visualizzarla)
https://pubs.rsc.org/en/content/art...2/mh/d2mh00483f
[quote]Abstract
When excited by photons with energies greater than 2.2 eV, the bandgap energy, Yb-doped Cs2AgBiBr6 thin films synthesized via physical vapor deposition emit strong near-infrared luminescence centered at ∼1.24 eV via the Yb3+ 2F5/2 → 2F7/2 electronic transition. Robust, reproducible, and stable photoluminescence quantum yields (PLQY) as high as 82.5% are achieved with Cs2AgBiBr6 films doped with 8% Yb. This high PLQY indicates facile and efficient energy transfer from the perovskite host, Cs2AgBiBr6, to Yb, making Cs2AgBiBr6 the most promising lead-free down-conversion material.
un pannello da 2 metri quadri rende circa 500 W e quindi l'efficienza è del 25% circa..
quando parlano di efficienza sui pannelli almeno scrivono giusto, il problema poi sono le notizie marketing dove le percentuali sono messe senza senso
ma è vero che oggi usiamo solo una parte della forma d'onda dello spettro solare
basti pensare a cosa succede alla luce che entra in acqua se si vuole capire dove sta la maggiore energia e solo la luce blu passa i 10 metri
poter fare uno shift di frequenza e alzarla in modo che diventi utilizzabile sarebbe importante anche fosse solo passare dal 23% al 30% di efficienza complessiva sarebbe una bellissima cosa
poi sarebbe bello anche aumentare la quantità di ore in cui un pannello funziona perchè ricordiamoci che parliamo di pannelli che hanno un funzionamento equivalente di 1.100 ore anno su un insolazione di 4.300 ore anno e quindi se dovessimo vedere l'efficienza reale di un pannello la cosa cambia
23% di efficienza nelle condizioni di perfetta insolazione su un insolazione utilizzabile equivalente del 25% del totale e quindi abbiamo solo recuperato il 6-7% dell'energia che il sole ci da in un anno.. c'è molto da fare ancora per poter chiamare "efficiente" un pannello solare per cui tutto va bene e fa piacere ma che sia diano una mossa visto che in 20 anni siamo saliti dal 10% al 23% del 25% del totale.. serve decisamente di più per il mondo
un pannello da 2 metri quadri rende circa 500 W e quindi l'efficienza è del 25% circa..
quando parlano di efficienza sui pannelli almeno scrivono giusto, il problema poi sono le notizie marketing dove le percentuali sono messe senza senso
ma è vero che oggi usiamo solo una parte della forma d'onda dello spettro solare
basti pensare a cosa succede alla luce che entra in acqua se si vuole capire dove sta la maggiore energia e solo la luce blu passa i 10 metri
poter fare uno shift di frequenza e alzarla in modo che diventi utilizzabile sarebbe importante anche fosse solo passare dal 23% al 30% di efficienza complessiva sarebbe una bellissima cosa
poi sarebbe bello anche aumentare la quantità di ore in cui un pannello funziona perchè ricordiamoci che parliamo di pannelli che hanno un funzionamento equivalente di 1.100 ore anno su un insolazione di 4.300 ore anno e quindi se dovessimo vedere l'efficienza reale di un pannello la cosa cambia
23% di efficienza nelle condizioni di perfetta insolazione su un insolazione utilizzabile equivalente del 25% del totale e quindi abbiamo solo recuperato il 6-7% dell'energia che il sole ci da in un anno.. c'è molto da fare ancora per poter chiamare "efficiente" un pannello solare per cui tutto va bene e fa piacere ma che sia diano una mossa visto che in 20 anni siamo saliti dal 10% al 23% del 25% del totale.. serve decisamente di più per il mondo
Aumentare l'efficienza della cella solare è una delle cose più importanti da fare se si punta nel futuro ad avere energia prodotta in questo modo.
Purtroppo non si può fare nulla per le diverse condizioni di insolazione, a meno di non mettere le centrali nel deserto all'equatore dove l'hai al massimo e per incidenza e per ore di insolazione senza nuvole.
Quello che pochi considerano sempre è il costo energetico necessario per produrre un pannello solare. Tutti pensiamo, giustamente, che l'energia solare sia gratis, ma la sua conversione in energia fruibile non lo è e il pannello solare ha un costo in termini energetici di produzione e smaltimento.
Oltre ai conti che hai fatto riguardo alla efficienza assoluta, quando diventa il guadagno reale se consideriamo costruzione e demolizione del pannello stesso?
E non è che questi film aggiunti hanno costo energetico nullo.
E consideriamo che comunque maschereranno di qualche punto percentuale il passaggio della luce infrarossa che arriverebbe se non ci fossero.
Oltre ai conti che hai fatto riguardo alla efficienza assoluta, quando diventa il guadagno reale se consideriamo costruzione e demolizione del pannello stesso?
Direi che il costo energetico tra produrre un pannello senza questo film e uno con il film, sia ininfluente in quanto il pannello sarebbe prodotto lo stesso, sia con il film che senza.
E consideriamo che comunque maschereranno di qualche punto percentuale il passaggio della luce infrarossa che arriverebbe se non ci fossero.
Per quanto riguarda il costo necessario per produrre un pannello con questo film, dipende essenzialmente dalla resa della produzione energetica (se la resa è alta, un impianto da 3kw potrà essere formato da meno pannelli) e dalla durata del film.
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