Finora, il problema delle celle solari in commercio è che gran parte dell’energia solare non può essere utilizzata. Questo perché il materiale usato (solitamente silicio) non consente la conversione in energia elettrica di tutti i fotoni catturati, ma solo di quelli dotati di una certa energia; quindi, viene convertita in energia elettrica solo la luce di una certa lunghezza d’onda. In più, le celle solari o fotovoltaiche attualmente esistenti perdono in efficienza con l’aumentare della temperatura del materiale. Questo comporta che l’efficienza delle cellule attualmente in commercio difficilmente supera il 20% (con valori che toccano il 32,5% per alcune tipologie realizzate in laboratorio), e quindi l’80% dell’energia raccolta non viene di fatto convertita in elettricità.
Al Massachusetts Institute of Technology (Mit) hanno scoperto un sistema per realizzare celle solari che consentono di convertire la quasi totalità della energia solare “catturata” in elettricità. Questo sistema potrebbe portare, da qui a cinque anni, a poter realizzare celle in grado di convertire l’energia del Sole (la luce, ma anche il calore) con una efficienza ottimale, molto superiore a quella ottenibile attualmente.
In parte, questo problema era già stato affrontato dai tecnici del Mit, che avevano realizzato una nuova tecnologia chamata «termofotovoltaica», in grado di convertire in elettricità non solo la luce visibile, ma anche il calore, indipendentemente dalla lunghezza d’onda. I pannelli realizzati secondo questa tecnologia sono divisi in due sezioni. La prima si avvantaggia di un fenomeno che possiamo osservare nella vita di tutti i giorni, chiamato «emissione termica»; in pratica, qualsiasi materiale scaldato a una temperatura superiore allo zero assoluto emette una radiazione, e quindi dei fotoni; determinati materiali possono funzionare da “concentratori”, e quindi, emettere energia solo di una determinata lunghezza d’onda.
Un secondo strato di materiale, ottimizzato in modo da convertire l’energia di quella lunghezza d’onda in elettricità, completa il lavoro. Il problema di questi sistemi però è che essi, per poter lavorare efficacemente, necessitano di “concentratori di energia”, e quindi di sistemi di specchi in grado di concentrare la luce solare in singoli punti senza contare le difficoltà realizzative e i bassi rendimenti.
Il team del Mit, giudato dall’ingegner Jeffrey Chou, ha però suggerito la possibilità di realizzare un «cristallo bidimensionale di metallo dielettrico fotonico». Questo tipo di cristallo sarebbe in grado sia di assorbire la luce proveniente da un’ampia gamma di angoli di incidenza, evitando quindi la necessità che il materiale venga ruotato per “catturare” la luce solare, sia in grado di rimanere efficiente fino a temperature intorno ai 1000 gradi Celsius. Questi particolari cristalli sono costituiti da nanocavità inserite in un materiale fotovoltaico.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Advanced Materials. Secondo Chou, si potrà arrivare alla commercializzazione di pannelli fototermovoltaici di questo tipo nell’arco dei prossimi cinque anni.
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