Nuovo record mondiale nelle prestazioni delle celle solari in Arseniuro di gallio (GaAs)

La ricerca della società californiana Alta Devices ha sviluppato un metodo di produzione a film sottile flessibile con una resa del 29,1% certificato da Fraunhofer Isa. 

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celle solari in Arseniuro di gallio

A solo 5 mesi di distanza, la californiana Alta Devices (filiale dell’asiatica Hanergy Hi-Tech Power) ha già superato il suo ultimo record in materia di celle solari in GaAS o Arsenurio di gallio.

Solo a luglio 2018, la società, con base a Sunnydale, mostrò gli ultimi progressi nel fotovoltaico a film sottile: un’unità in GaAs a singola giunzione in grado di convertire in elettricità il 28,9% di luce incidente, vero e proprio record mondiale per questa tecnologia. Ora il nuovo record ottenuto grazie ad ulteriori affinamenti, toccando un’efficienza del 29,1%, come certificato anche dal Fraunhofer ISE. Si tratta del valore più alto mai raggiunto per questo tipo di fotovoltaico, che accorcia ancora una volta la distanza da quell’efficienza teorica massima del 33,5% – il cosiddetto limite di Shockley-Queisser – che contraddistingue le celle solari in GaAs.

Alta Devices ha scelto di concentrarsi sull’arsenico di gallio per i suoi vantaggi di efficienza intrinseca e per la sua capacità di generare elettricità alle alte temperature e in condizioni di scarsa illuminazione. Con il suo ultimo record di efficienza di conversione e la nuova tecnica di produzione (per utilizzare strati estremamente sottili del semiconduttore), la tecnologia si è ritagliata uno spazio privilegiato nell’alimentazione di prodotti che necessitano di energia autonoma come piccoli satelliti o veicoli aerei senza equipaggio (UAV).

Anche per questo motivo la NASA ha scelto le celle solari in GaAs di Alta Devices per valutare il contributo del fotovoltaico a film sottile nelle future missioni spaziali. «L’interesse della NASA per le prestazioni record di Alta dimostra che la nostra tecnologia resiste ad alcuni degli ambienti più difficili nello Spazio, ad alta quota e sulla terraferma – ha commentato l’amministratore delegato, Jian Ding -. Il nostro continuo impegno per l’innovazione consente alla società di rimanere un leader del settore nella produzione di celle solari ultraleggere, flessibili e altamente efficienti».

Il fotovoltaico in film sottile GaAs ha un’efficienza teorica massima del 33,5%, ovvero capace di trasformare da solo, senza concentrazione della luce o secondi semiconduttori, più di un terzo dell’energia incidente in elettricità. A causa di ovvie limitazioni pratiche, le celle realizzate finora hanno rese decisamente più basse. I ricercatori del campo solare sono convinti tuttavia di poter raggiungere e portare sul mercato almeno il 30% di efficienza media commerciale.

Il professor Eli Yablonovitch dell’Università della California Berkeley e cofondatore di Alta Devices, sottolinea l’importanza dei risultati ottenuti: «si tratta della prima cella solare basata sull’estrazione della luminescenza interna (“Internal Luminescence Extraction”), il che ci ha permesso di mantenere un vantaggio sugli altri. Questo principio scientifico sarà presente in tutte le future celle solari ad alta efficienza». L’estrazione della luminescenza prevede l’uso di un design ottico, come uno specchio posteriore o superfici strutturate, per aiutare i fotoni interni a uscire dalla superficie frontale di una cella solare e quindi aumentare l’efficienza di conversione.«Raggiungere un nuovo record per questa classe di dispositivi – aggiunge Harry Atwater, professore della Caltech e cofondatore della società – è un punto di riferimento perché si tratta di una cella solare a una giunzione e un sole (la radiazione solare standard, senza concentrazione)». La società utilizza un processo di deposizione chimica in fase di vapore chimico (MOCVD) e una tecnica di sollevamento epitassiale (ELO), che crea una cella solare sottile, flessibile e leggera per applicazioni di nicchia, come i dispositivi autonomi. Ma che potrebbero estendersi anche ad un impiego commerciale più vasto, visto che non ricorrono al silicio.

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