Le celle solari hanno fatto molta strada, ma poco costoso, le celle solari a film sottile sono ancora molto indietro rispetto alle più costose, celle solari cristalline in efficienza. Ora, un team di ricercatori suggerisce che l'utilizzo di due film sottili di materiali diversi potrebbe essere la strada da percorrere per creare soluzioni convenienti, celle a film sottile con circa il 34% di efficienza.

"Dieci anni fa sapevo molto poco delle celle solari, ma mi è diventato chiaro che erano molto importanti, " disse Akhlesh Lakhtakia, Evan Pugh Professore dell'Università e Charles Godfrey Binder Professore di Ingegneria e Scienza della Meccanica, Penn State.

Indagando sul campo, ha scoperto che i ricercatori si sono avvicinati alle celle solari da due lati, il lato ottico, osservando come viene raccolta la luce del sole, e il lato elettrico, osservando come la luce solare raccolta viene convertita in elettricità. I ricercatori ottici si sforzano di ottimizzare la cattura della luce, mentre i ricercatori elettrici si sforzano di ottimizzare la conversione in elettricità, entrambe le parti semplificando l'altra.

"Ho deciso di creare un modello in cui sia gli aspetti elettrici che quelli ottici saranno trattati allo stesso modo, " ha detto Lakhtakia. "Avevamo bisogno di aumentare l'efficienza effettiva, perché se l'efficienza di una cella è inferiore al 30% non farà alcuna differenza." I ricercatori riportano i loro risultati in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

Lakhtakia è un teorico. Non fa film sottili in laboratorio, ma crea modelli matematici per testare le possibilità di configurazioni e materiali in modo che altri possano testare i risultati. Il problema, Egli ha detto, era che la struttura matematica dell'ottimizzazione dell'ottica e dell'elettrica sono molto diverse.

Le celle solari sembrano essere dispositivi semplici, Lui ha spiegato. Uno strato superiore trasparente consente alla luce solare di cadere su uno strato di conversione dell'energia. Il materiale scelto per convertire l'energia, assorbe la luce e produce flussi di elettroni caricati negativamente e lacune caricate positivamente che si muovono in direzioni opposte. Le particelle con carica diversa vengono trasferite su uno strato di contatto superiore e uno strato di contatto inferiore che incanalano l'elettricità fuori dalla cella per l'uso. La quantità di energia che una cella può produrre dipende dalla quantità di luce solare raccolta e dalla capacità dello strato di conversione. Materiali diversi reagiscono e convertono diverse lunghezze d'onda della luce.

"Ho capito che per aumentare l'efficienza dovevamo assorbire più luce, " ha detto Lakhtakia. "Per farlo abbiamo dovuto rendere lo strato assorbente non omogeneo in un modo speciale."

Quel modo speciale era quello di utilizzare due diversi materiali assorbenti in due diversi film sottili. I ricercatori hanno scelto CIGS (rame indio gallio diseleniuro) e CZTSSe (rame zinco stagno seleniuro di zolfo) disponibili in commercio per gli strati. Da solo, L'efficienza di CIGS è di circa il 20% e quella di CZTSSe è di circa l'11%.

Questi due materiali funzionano in una cella solare perché la struttura di entrambi i materiali è la stessa. Hanno all'incirca la stessa struttura reticolare, in modo che possano essere cresciuti uno sopra l'altro, e assorbono diverse frequenze dello spettro quindi dovrebbero aumentare l'efficienza, secondo Lakhtakia.

"È stato stupefacente, " ha detto Lakhtakia. "Insieme hanno prodotto una cella solare con un'efficienza del 34%. Questo crea una nuova architettura di celle solari, strato su strato. Altri che possono effettivamente realizzare celle solari possono trovare altre formulazioni di strati e forse fare di meglio".

Secondo i ricercatori, il prossimo passo è crearli sperimentalmente e vedere quali sono le opzioni per ottenere il finale, migliori risposte.