I ricercatori della UC Berkeley hanno appena battuto un altro record di efficienza fotovoltaica, un risultato che potrebbe portare a un motore ultraleggero in grado di alimentare i droni per giorni.

Negli ultimi 15 anni, l'efficienza della conversione del calore in elettricità con il termovoltaico è ferma al 23 percento. Ma un'intuizione fisica rivoluzionaria ha permesso ai ricercatori di aumentare questa efficienza al 29%. Utilizzando un nuovo design, i ricercatori ora mirano a raggiungere il 50 percento di efficienza nel prossimo futuro applicando concetti scientifici consolidati.

Questa svolta ha grandi implicazioni per le tecnologie che attualmente si basano su batterie pesanti per l'alimentazione. Il termofotovoltaico è una fonte di energia alternativa ultraleggera che potrebbe consentire a droni e altri veicoli aerei senza equipaggio di funzionare ininterrottamente per giorni. Potrebbe anche essere usato per alimentare sonde spaziali profonde per secoli e alla fine un'intera casa con un generatore delle dimensioni di un involucro.

Il loro lavoro è stato descritto in un articolo pubblicato questa settimana in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"I termofotovoltaici sono compatti ed estremamente efficienti per un'ampia gamma di applicazioni, da quelli che richiedono appena 100 watt, [come] un veicolo aereo senza equipaggio leggero, a 100 megawatt, [fornire] elettricità per 36, 000 case. In confronto, una centrale elettrica a ciclo combinato da 100 megawatt è enorme, " disse Eli Yablonovitch, professore di ingegneria elettrica e informatica (EECS) e autore corrispondente sulla carta.

Secondo Yablonovitch, questa scoperta si basa sul lavoro che lui e gli studenti hanno pubblicato nel 2011, che ha scoperto che la chiave per aumentare l'efficienza delle celle solari non era assorbire più fotoni (luce) ma emetterli. Aggiungendo uno specchio altamente riflettente sul retro di una cella fotovoltaica, hanno battuto i record di efficienza all'epoca e hanno continuato a farlo con ricerche successive.

Nastro di grafite (barra luminosa) che riscalda la cella termofotovoltaica sottostante. (Foto di Luis M. Pazos Outόn, UC Berkeley)

"Quello che fa lo specchio è creare un denso gas fotonico luminescente a infrarossi all'interno della cella solare, un fenomeno che aggiunge tensione, " disse Jablonovic.

Recentemente, la sua squadra ha riconosciuto che questo specchio potrebbe servire a doppio compito. Infatti, risolve una delle più grandi sfide nel termofotovoltaico:come sfruttare i fotoni termici (calore) che hanno troppo poca energia per produrre elettricità. Si scopre che lo specchio può riflettere quei piccoli fotoni per riscaldare la sorgente termica, fornendo una seconda possibilità per creare un fotone ad alta energia e generare elettricità. Questo fenomeno porta a un'efficienza senza precedenti.

"Abbiamo raggiunto questo risultato da record anche se stiamo usando solo un semplice specchio d'oro. Ora, aggiungeremo uno strato dielettrico sopra l'oro, e ciò migliorerà la nostra efficienza al 36 percento, " ha detto Luis M. Pazos Outόn, un ricercatore post-dottorato in EECS e uno degli autori principali dell'articolo.

"Solo aumentando la riflettività, otterremo il 36% di efficienza. Ma apportando altre modifiche alla cella, utilizzando tecniche collaudate nella letteratura scientifica, sappiamo di poter raggiungere il 50 percento di efficienza, " disse Zunaid Omair, uno studente laureato ricercatore in EECS e primo autore del documento. "Prima del nostro risultato, l'efficienza del termofotovoltaico era ferma al 23 per cento da molto tempo, quindi arrivare dal 23 al 29 percento è davvero un grosso problema".