Un'invenzione del 2011 realizzata dai ricercatori dell'Università di Aalto è passata dall'idea alla realtà. Solo pochi anni fa i ricercatori hanno ottenuto l'efficienza record del 22% in laboratorio per celle solari nanostrutturate utilizzando la deposizione di strati atomici, e ora con l'aiuto di partner industriali e la collaborazione europea congiunta, i primi moduli prototipali sono stati realizzati su una linea di produzione industriale.

"Il nostro tempismo non avrebbe potuto essere migliore" prof. Hele Savin, che ha condotto la ricerca, era lieto di raccontare. Infatti, Il 2018 è comunemente chiamato "Anno del silicio nero" a causa della sua rapida espansione nel settore fotovoltaico (PV). Ha consentito l'utilizzo della segatura a filo diamantato in silicio multicristallino, che riduce i costi e l'impatto ambientale. Però, c'è ancora molto spazio per miglioramenti poiché l'attuale silicio nero utilizzato nell'industria è costituito da nanostrutture poco profonde che portano a proprietà ottiche subottimali e richiedono un rivestimento antiriflesso separato.

L'approccio di Aalto consiste nell'utilizzare nanostrutture aghiformi profonde per creare una superficie otticamente perfetta che elimina la necessità di rivestimenti antiriflesso. La loro produzione industriale, però, non era un compito facile. "Eravamo preoccupati che una struttura così fragile non sarebbe sopravvissuta alla produzione di massa in più fasi, a causa della brusca manipolazione da parte dei robot o della laminazione dei moduli."

Fortunatamente le preoccupazioni si sono rivelate non essere un problema. Le celle e i moduli erano veramente neri quando sono usciti dalla produzione e non presentavano segni di danneggiamento. Il modulo migliore produceva energia con un'efficienza superiore al 20%. Oltre alle eccellenti proprietà ottiche, i ricercatori sono rimasti positivamente sorpresi dal fatto che le loro celle nere avessero ulteriori vantaggi inaspettati come un'elevata tolleranza alle impurità e una stabilità a lungo termine molto migliore rispetto alle celle di riferimento standard del settore.

Quanto costa la tecnologia al silicio nero? "Le domande relative all'analisi tecno-economica sono sempre difficili, soprattutto per gli scienziati dei materiali come noi. Per fortuna, abbiamo ricevuto aiuto da persone con competenze correlate." Risponde Savin. I partner del progetto hanno fornito dati al prof. Joshua Pearce della Michigan Tech University, i cui calcoli preliminari indicano che mentre le nanostrutture profonde sono costose da fabbricare, le prestazioni più elevate del prodotto finale potrebbero bilanciare i costi totali, per esempio. a causa di un minor numero di passaggi di processo.