Un team di scienziati dell'Università di Manchester ha risolto un difetto chiave nei pannelli solari dopo 40 anni di ricerca in tutto il mondo.

I pannelli solari sono tra i sistemi più disponibili di generazione di energia attraverso fonti rinnovabili a causa del loro costo relativo e della disponibilità dei consumatori. Però, la maggior parte delle celle solari raggiunge solo il 20% di efficienza, per ogni kW di luce solare equivalente, si possono generare circa 200W di potenza elettrica.

Ora un team internazionale di ricercatori ha risolto un problema fondamentale fondamentale del difetto del materiale che limita e degrada l'efficienza delle celle solari. Il problema è conosciuto e studiato da oltre 40 anni, con oltre 270 articoli di ricerca attribuiti al problema senza soluzione.

La nuova ricerca mostra la prima osservazione di un difetto del materiale precedentemente sconosciuto che limita l'efficienza delle celle solari al silicio.

Professor Tony Peaker, che ha coordinato la ricerca ora pubblicata nel Rivista di fisica applicata ha dichiarato:"A causa dell'impatto ambientale e finanziario, Il "degrado dell'efficienza" dei pannelli solari è stato oggetto di grande interesse scientifico e ingegneristico negli ultimi quattro decenni. Però, nonostante alcune delle migliori menti del settore ci lavorino, il problema ha resistito fermamente alla risoluzione fino ad ora."

"Durante le prime ore di funzionamento, dopo l'installazione, l'efficienza di un pannello solare scende dal 20 percento a circa il 18 percento. Un calo assoluto del 2% dell'efficienza potrebbe non sembrare un grosso problema, ma se si considera che questi pannelli solari sono ora responsabili della fornitura di una frazione ampia e in crescita esponenziale del fabbisogno energetico totale del mondo, è una perdita significativa di capacità di generazione di elettricità."

Il costo energetico di questa carenza sulla capacità solare installata nel mondo è di decine di gigawatt, ciò equivale a più energia di quella prodotta dal totale complessivo di 15 centrali nucleari del Regno Unito. Il deficit solare deve quindi essere coperto da altre fonti energetiche meno sostenibili come la combustione di combustibili fossili.

L'approccio sperimentale e teorico multidisciplinare impiegato dai ricercatori ha identificato il meccanismo responsabile della degradazione indotta dalla luce (LID). Combinando una tecnica elettrica e ottica specializzata, nota come "spettroscopia transitoria di livello profondo" (DLTS), il team ha scoperto l'esistenza di un difetto del materiale che inizialmente giace dormiente nell'uso del silicio per fabbricare le celle.

La carica elettronica all'interno della massa della cella solare al silicio viene trasformata sotto la luce del sole, parte del suo processo di produzione di energia. Il team ha scoperto che questa trasformazione comporta una "trappola" altamente efficace che impedisce il flusso di portatori di carica fotogenerati (elettroni).

Il dottor Iain Crowe ha detto:"Questo flusso di elettroni è ciò che determina la dimensione della corrente elettrica che una cella solare può fornire a un circuito, tutto ciò che lo impedisce riduce efficacemente l'efficienza della cella solare e la quantità di energia elettrica che può essere generata per un dato livello di luce solare. Abbiamo dimostrato che il difetto esiste, ora è necessaria una correzione ingegneristica."

La tecnica standard del settore utilizzata per determinare la qualità del materiale in silicio misura la durata dei portatori di carica, che è più lungo in materiale di alta qualità con meno "trappole". I ricercatori di Manchester guidati dal professor Matthew Halsall hanno scoperto che le loro osservazioni erano fortemente correlate con questa vita del portatore di carica, che è stato ridotto significativamente dopo la trasformazione del difetto sotto illuminazione. Hanno anche notato che l'effetto era reversibile, la durata aumentava di nuovo quando il materiale veniva riscaldato al buio, un processo comunemente usato per rimuovere le "trappole".

La carta, "Identificazione del meccanismo responsabile della degradazione indotta dalla luce dell'ossigeno del boro nelle celle fotovoltaiche al silicio, " è pubblicato nel Rivista di fisica applicata .