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12.07.2021 - 10:020

Nuovo record di efficienza per le celle fotovoltaiche in GaAs

L’Istituto Fraunhofer sta realizzando delle celle fotovoltaiche speciali per applicazioni Power-by-Light

L’Istituto per i sistemi ad energia solare del Fraunhofer, in Germania, ha fatto segnare un nuovo record nel campo delle rinnovabili. Le sue celle fotovoltaiche in GaAs, infatti, hanno raggiunto sotto luce laser un’efficienza di conversione del 68,9%.
Non si tratta quindi del solito impianto alla luce del sole. I ricercatori, in effetti, hanno sviluppato un nuovo film sottile in arseniuro di gallio per le cosiddette applicazioni Power-by-Light o Power-over-fiber, ovvero una tecnologia in cui un cavo in fibra ottica conduce energia per alimentare dispositivi quali sensori ed attuatori, in alternativa o in concomitanza alla trasmissione dati.
Si tratta, in sostanza, di sistemi utili nei casi in cui non è possibile fornire elettricità all’elettronica distribuita tramite cavi in rame. Questo accade, ad esempio, dove vi è il rischio di interferenze elettromagnetiche, o dove il metallo procura troppo peso, oppure dove lo spazio di installazione non permette l’aggiunta di altri cavi oltre alle linee dati. I sistemi Power-by-Light, pertanto, trovano un ampio campo di applicazioni. Basti pensare al monitoraggio dello stato strutturale delle turbine eoliche o agli indicatori di livello del carburante negli aeroplani.
In questo specifico settore di ricerca il Fraunhofer ISE detiene un vantaggio in termini di competitività rispetto ad altri enti. Ed è proprio per tale tecnologia che gli scienziati stanno sviluppando le speciali celle fotovoltaiche in GaAs. Ovvero, convertitori di potenza laser che trasformino la luce monocromatica in elettricità con la massima efficienza. E l’ultimo risultato raggiunto è appunto una cella a base di arseniuro di gallio capace di convertire il 68,9% della luce laser con una lunghezza d’onda di 858 nm. Un successo mai raggiunto prima.
Tale elevato valore di efficienza è reso possibile grazie a una speciale tecnologia thin film in cui gli strati vengono fatti crescere su un substrato successivamente rimosso. Ciò che rimane, in pratica, è una struttura spessa solo pochi micrometri, alla cui superficie posteriore viene applicato uno specchio conduttivo altamente riflettente.
«Questo dà alla cella fotovoltaica due vantaggi. In primo luogo, i fotoni sono intrappolati nell’unità e l’assorbimento dell’energia dei fotoni vicino al band gap è massimizzato. In secondo luogo, i nuovi fotoni generati dalla ricombinazione radiante nell’assorbitore vengono catturati e utilizzati dallo specchio. In questo modo si aumenta anche la tensione allungando la vita effettiva del portatore di carica», ha affermato il dott. Henning Helmers, capo del gruppo di ricerca del Fraunhofer ISE.
Anche il prof. Andreas Bett, direttore dell’Istituto, si è rivelato molto entusiasta dell’avanzamento della ricerca nel campo dell’innovativa tecnologia rappresentata dalle celle fotovoltaiche in GaAs per l’utilizzo Power-by-Light. «Si tratta di un risultato impressionante che mostra il potenziale del fotovoltaico per applicazioni industriali oltre la generazione di energia solare».


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