Celle Fotovoltaiche Micrometriche: una ‘Scoperta Tecnologica’ per la Miniaturizzazione dei Dispositivi

In un’epoca in cui soluzioni energetiche sostenibili sono più cruciali che mai, l’evoluzione della tecnologia fotovoltaica (solare) è in prima linea nell’innovazione.  Un esempio recente proviene dall’Università di Ottawa (U of O), dove un team di scienziati ha riuscito a “raggiungere una prima mondiale fabbricando le prime celle fotovoltaiche micrometriche a contatto posteriore.”  Questo è descritto come un “passo cruciale” per facilitare la continua miniaturizzazione dell’elettronica.

• Mathieu de Lafontaine, ricercatore post‑dottorato presso U of O e professore part‑time di fisica
• Karin Hinzer, vicepreside della ricerca e University Research Chair in Photonic Devices for Energy presso la Facoltà di Ingegneria

Mentre l’U of O è stata centrale per questa scoperta, il team è stato anche supportato dall’Université de Sherbrooke in Quebec e dal Laboratoire des Technologies de la Microélectronique a Grenoble, Francia.

Cosa Sono le Celle Fotovoltaiche?

Le celle fotovoltaiche, comunemente note come celle solari, sono dispositivi che convertono la luce solare direttamente in elettricità.  Operano sul principio dell’effetto fotovoltaico, in cui l’energia luminosa (fotoni) che colpisce materiali semiconduttori come il silicio induce una corrente elettrica.  Questo processo avviene quando i fotoni liberano elettroni dalle loro orbite atomiche, creando un flusso di carica elettrica.

Queste celle sono i mattoni fondamentali dei pannelli solari e sono cruciali per sfruttare l’energia solare, una fonte di energia rinnovabile e pulita.  Il recente avanzamento dell’U of O nello sviluppo di celle fotovoltaiche micrometriche rappresenta un salto significativo in questa tecnologia, offrendo soluzioni più efficienti e compatte.

Cosa sono le ‘Celle Fotovoltaiche Micrometriche a Contatto Posteriore’?

Come accennato, le celle fotovoltaiche micrometriche a contatto posteriore rappresentano un progresso rivoluzionario nella tecnologia solare.  A differenza delle celle solari tradizionali, dove i contatti elettrici si trovano sulle superfici frontale e posteriore, le celle a contatto posteriore hanno tutti i loro contatti elettrici sul lato retro.

Questo design unico riduce significativamente l’effetto di ombreggiatura causato dagli elettrodi sulla superficie della cella, migliorando così la capacità della cella di catturare la luce solare.

Qual è l’Effetto ‘Ombreggiatura’?

L’effetto di ‘ombreggiatura’ nelle celle solari si riferisce all’ostruzione della luce solare causata dalla presenza di contatti elettrici sulla superficie della cella.  Le celle fotovoltaiche tradizionali hanno contatti metallici (solitamente in argento o alluminio) sulla superficie superiore che raccolgono e trasportano la corrente elettrica generata dalla cella.

Questi contatti, tuttavia, possono bloccare una parte della luce solare in ingresso, impedendo che raggiunga il materiale fotovoltaico sottostante.  Questo blocco riduce la quantità di luce disponibile per la conversione in elettricità, diminuendo così l’efficienza complessiva della cella solare.

Fonte: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325

Ridurre questo effetto di ombreggiatura è cruciale per diversi motivi:

1. Aumento dell’Efficienza: Minimizzando l’area coperta dai contatti, una maggiore parte della superficie della cella può partecipare attivamente all’assorbimento della luce e alla conversione in elettricità.  Ciò migliora l’efficienza complessiva della cella, permettendole di generare più energia dalla stessa quantità di luce solare.
2. Convenienza Economica: Un’alta efficienza significa che la stessa quantità di energia può essere prodotta con meno celle.  Di conseguenza, il costo complessivo dei sistemi di energia solare può essere ridotto, rendendo l’energia solare più competitiva rispetto ad altre forme di energia e aumentando la sua accessibilità a una più ampia gamma di utenti.
3. Versatilità e Flessibilità di Progettazione: Ridurre l’ombreggiatura consente progetti di celle solari più innovativi e flessibili.  Può portare allo sviluppo di celle che non solo sono più efficienti, ma anche più sottili e leggere, il che è particolarmente vantaggioso per applicazioni soggette a vincoli di spazio e peso, come nell’aerospazio, nei dispositivi portatili e nelle soluzioni edilizie integrate.

Ridurre l’effetto di ombreggiatura è fondamentale per far progredire la tecnologia solare – un problema ora affrontato con queste celle fotovoltaiche micrometriche a contatto posteriore.  Di conseguenza, possiamo presto aspettarci celle solari più efficienti, convenienti e versatili, che dovrebbero contribuire all’adozione più ampia dell’energia solare come fonte di energia sostenibile.

Perché la Miniaturizzazione è Importante?

Oltre a ridurre l’effetto di ombreggiatura nelle celle fotovoltaiche tradizionali, il contatto posteriore consente una miniaturizzazione notevolmente migliorata.  Questo è cruciale nel campo dell’elettronica e delle tecnologie energetiche rinnovabili perché permette un uso più efficiente dello spazio e delle risorse, migliorando al contempo le prestazioni.

L’aspetto miniaturizzato o ‘micrometrico’ di queste celle le rende spesse circa il doppio di un capello umano.  Di conseguenza, queste celle fotovoltaiche più piccole e più efficienti sviluppate dall’U of O possono anche ridurre significativamente i costi di produzione (presumibilmente fino a una diminuzione di tre volte).

“Questa scoperta tecnologica promette benefici significativi per la società. Celle solari meno costose e più potenti aiuteranno ad accelerare la transizione energetica.”

“Batterie nucleari leggere faciliteranno l’esplorazione spaziale, e la miniaturizzazione dei dispositivi contribuirà alla crescita dell’Internet delle cose e porterà a computer e smartphone più potenti” – Mathieu de Lafontaine

Interessante, questa miniaturizzazione non riguarda solo la riduzione delle dimensioni dei dispositivi; riguarda la loro intelligenza e adattabilità a vari ambienti.  Nel contesto di un mondo sempre più connesso, dove l’Internet delle Cose (IoT) e le tecnologie intelligenti stanno diventando onnipresenti, le celle fotovoltaiche miniaturizzate possono alimentare una vasta gamma di dispositivi senza le limitazioni delle fonti di energia tradizionali.

In tal modo, questo progresso può favorire un approccio più verde e sostenibile alla generazione e al consumo di energia, contribuendo direttamente alla transizione verso un’economia a impatto zero di carbonio.

Dove Vengono Utilizzate?

Le celle fotovoltaiche hanno una vasta gamma di applicazioni che crescono costantemente con progressi come la produzione a contatto posteriore.  Questa versatilità e attrattiva derivano in gran parte dalla loro capacità di generare elettricità in modo pulito e rinnovabile.

Oltre alla generazione di energia convenzionale, sono fondamentali in sistemi di energia remota e portatile, come quelli utilizzati nell’esplorazione spaziale, dove alimentano satelliti e veicoli spaziali.

Con la miniaturizzazione di queste celle, le loro applicazioni si estendono a dispositivi elettronici più densi, potenzialmente trasformando settori come le telecomunicazioni e l’Internet delle Cose (IoT).  Come accennato in precedenza, la miniaturizzazione può portare a soluzioni solari più efficienti, compatte e versatili, ampliando il campo di applicazione della tecnologia fotovoltaica.

Attori del Settore

Attualmente, ci sono alcune aziende notevoli che favoriscono la crescita nel settore dell’energia sostenibile mantenendo un focus sulle applicazioni solari.  Di seguito sono elencate alcune di queste, insieme a numerosi altri aggiunte degne di nota.

1.  NextEra Energy Resources

NEE Grafico dei prezzi

NextEra Energy (NEE ) Resources, una controllata di NextEra Energy, sta facendo passi significativi nel settore dell’energia solare.  Nel primo trimestre del 2023, l’azienda ha aggiunto circa 2.020 MW di asset rinnovabili e di stoccaggio al suo backlog, includendo circa 1,3 GW di solare, oltre a asset di stoccaggio e eolico.  Questa aggiunta ha portato il suo backlog di progetti a oltre 20,4 GW, dimostrando un forte impegno nell’espandere il suo portafoglio di energia rinnovabile​​​.

Un progetto notevole è il progetto solare Sebree da 400 MW nella Contea di Henderson, Kentucky, sviluppato da Sebree Solar, una controllata di NextEra Energy Resources.

Inoltre, NextEra Energy Resources è coinvolta anche in un altro progetto solare da 200 MW tramite Green River Solar, un’altra delle sue controllate.  Queste iniziative riflettono l’impegno di NextEra Energy Resources nell’avanzare l’energia solare come attore chiave nel mercato delle energie rinnovabili.

2.  First Solar

FSLR Grafico dei prezzi

First Solar (FSLR ), una importante azienda statunitense specializzata in moduli solari a film sottile di tellururo di cadmio, ha mostrato progressi significativi nelle iniziative solari nel 2023.  Con 801 milioni di dollari di ricavi e la spedizione di 2,7 GW di ordini di moduli solari in un solo trimestre, l’azienda dimostra una forte crescita e un’enfasi sulla tecnologia solare.  Per soddisfare la domanda crescente, First Solar sta ampliando la sua capacità produttiva sia negli Stati Uniti che a livello internazionale, puntando a una capacità globale di 25 GW entro il 2026.

Nota bene, First Solar ha introdotto la produzione di moduli a film sottile bifacciali, una prima nel settore.  Questa tecnologia innovativa consente un guadagno energetico bifacciale e rese energetiche più elevate, segnando un avanzamento significativo nell’efficienza dei moduli solari.

3.  SolarEdge Technologies

SEDG Grafico dei prezzi

SolarEdge Technologies (SEDG ) è ampiamente considerata un leader nella tecnologia energetica intelligente.  Questa azienda ha compiuto progressi significativi nel settore dell’energia solare nel 2023, registrando ricavi record di 943,9 milioni di dollari, di cui 908,5 milioni provenienti specificamente dal suo segmento solare.  Questo risultato indica una presenza robusta di SolarEdge nell’industria solare.  Nel primo trimestre del 2023, SolarEdge ha spedito 3,6 Gigawatt (AC) di inverter e 221 MWh di batterie, sottolineando il suo contributo sostanziale al mercato dell’energia solare​

Menzioni Notevoli

Considerazioni Finali

I progressi nella tecnologia delle celle fotovoltaiche, in particolare attraverso lo sviluppo di celle micrometriche a contatto posteriore, rappresentano un potenziale salto quantico nell’energia solare.  Questa innovazione non solo migliora l’efficienza e riduce i costi dell’energia solare, ma apre anche nuovi orizzonti per la sua applicazione in vari settori.  La riduzione dell’effetto di ombreggiatura e l’attenzione alla miniaturizzazione sono fondamentali per spingere l’energia solare al centro delle fonti di energia rinnovabile.

Man mano che abbracciamo questi progressi tecnologici, ci avviciniamo a un futuro in cui l’energia sostenibile e pulita diffusa non è più solo una possibilità, ma una realtà.