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Alta Devices batte il record di celle solari
Una startup che ha lavorato in modalità invisibile per diversi anni afferma di aver raggiunto un'efficienza record delle celle solari del 28,2 percento, avvicinandosi al massimo teorico del 33,5 percento. Il punteggio è di circa 2 punti percentuali in più rispetto al record stabilito l'anno scorso, un importante passo avanti in un settore che in genere misura i miglioramenti in decimi di punto percentuale. Alta Devices, fondata nel 2007 e con sede a Santa Clara, in California, afferma che le sue tecniche innovative si prestano alla produzione su larga scala.
Migliorare l'efficienza è essenziale se l'energia solare deve essere competitiva con i combustibili fossili. L'aumento della potenza delle singole celle solari riduce il numero di celle necessarie per installazione e riduce anche il costo di cose come l'installazione, il cablaggio e l'elettronica per il collegamento dei pannelli alla rete.
I ricercatori di Alta Devices hanno lavorato con l'arseniuro di gallio per migliorare le proprietà intrinseche che lo rendono quasi un materiale ideale per le celle solari, afferma Harry Atwater, professore di fisica applicata al Caltech e cofondatore dell'azienda. Quando una cella solare assorbe la luce solare, parte dell'energia della luce solare genera elettroni che vengono rapidamente estratti dalla cella per produrre elettricità. Se gli elettroni non vengono estratti abbastanza velocemente, decadono, rilasciando la loro energia sotto forma di calore o luce. La perdita di energia sotto forma di calore riduce sia la tensione che la quantità di corrente che la cella può produrre, riducendo la potenza in uscita. Ma se l'elettrone produce invece luce, la luce può essere riassorbita dalla cella solare per generare un altro elettrone, fornendo un'altra possibilità all'energia della luce solare di diventare elettricità.
Nell'arseniuro di gallio, quasi tutti gli elettroni producono luce anziché calore. Negli esempi di materiale di più alta qualità, il ciclo di produzione e riassorbimento della luce può verificarsi 100 volte per fotone in arrivo, fornendo un'alta probabilità che un elettrone prodotto venga eventualmente estratto per generare elettricità. Per raggiungere l'efficienza record delle celle solari, i ricercatori di Alta Devices hanno sviluppato trattamenti chimici per le crepe nel materiale, che altrimenti tenderebbero a intrappolare gli elettroni e farli rilasciare la loro energia sotto forma di calore. Hanno anche lavorato per migliorare una superficie nella parte posteriore della cella per garantire che i fotoni generati vengano riflessi nel materiale, aumentando così la probabilità che generino elettricità.
Significativamente, i ricercatori sono stati in grado di raggiungere un'elevata efficienza con tecniche che, secondo Atwater, potrebbero essere utilizzate in una produzione poco costosa. Le celle solari all'arseniuro di gallio sono state costose da produrre perché sono costituite da wafer di semiconduttore di altissima qualità, simili a quelli utilizzati nei chip dei computer. Per ridurre i costi, Alta Devices utilizza una tecnica chiamata decollo epitassiale, una prima versione della quale è stata sperimentata dal cofondatore di Alta Devices Eli Yablonovitch negli anni '80. Nella versione attuale della tecnica, il wafer viene utilizzato come modello per la crescita di strati molto sottili di materiale cristallino per formare una cella solare. Questi strati vengono quindi liberati dal wafer con attacco chimico e sollevati, consentendo di riutilizzare il wafer.
Atwater afferma che l'azienda sta lavorando per migliorare il decollo epitassiale e per sviluppare modi migliori per far crescere gli strati cristallini sul wafer. Il metodo attuale, chiamato deposizione chimica da vapore, è troppo lento per realizzare celle solari a basso costo.
Le celle ad alta efficienza prodotte da Alta Devices sono piccoli dispositivi unici. I moduli solari più grandi dell'azienda hanno un'efficienza inferiore, circa il 21%. In genere, quando le aziende passano alla produzione ad alto rendimento, le efficienze diminuiscono di diversi punti. Alta Devices deve anche dimostrare che le celle ad alta efficienza dureranno per decenni se esposte agli elementi senza un significativo degrado delle loro prestazioni.