Migliore innovazione dell’anno: i pannelli fotovoltaici al silicio nero

Nei giorni scorsi la rivista R&D ha assegnato al team del Nrel, il National renewable energy laboratory americano, il premio come migliore innovazione dell’anno per i pannelli fotovoltaici al silicio nero. La scoperta degli scienziati americani porterà con molta probabilità alla commercializzazione di celle solari a basso costo e molto più efficienti di quelle utilizzate attualmente.
Il silicio nero si ottiene irradiando con una serie di impulsi laser una superficie di silicio in presenza di esafluoruro di zolfo. Il gas reagisce con il silicio, inducendo delle trasformazioni strutturali, con il risultato di conferire al silicio una struttura caratterizzata dalla presenza di picchi ultrasottili.
Questa nuova struttura che appare, per l’appunto, di colore nero, si è rivelata in grado di assorbire quasi tutta la luce incidente, in un’ampia regione dello spettro elettromagnetico: dall’ultravioletto all’infrarosso.
Il silicio, invece, assorbe una minima quantità di luce nella regione del visibile, riflettendo la restante quota. Nelle regioni dell’infrarosso e dell’ultravioletto, invece, il silicio trasmette la luce, assorbendone solo una minima parte.
Invece ora un trattamento chimico potrebbe così sostituire i costosi rivestimenti antiriflesso nella costruzione delle celle solari riducendo il costo dei pannelli in silicio cristallino. un bagno chimico crea strato di silicio nero altamente antiriflesso, e costerebbe pochi centesimi per watt.

Howard Brenz, responsabile del progetto, ha affermato di essersene interessato già a fine 2006 quando ha assistito ad una conferenza di un ricercatore della Technical University di Monaco e recentemente, insieme ad un team di esperti, ha voluto verificare la sua intuizione. L’idea del team del Nrel è stata quella di annerire i comuni wafer al silicio normalmente utilizzati per i pannelli fotovoltaici in modo da assorbire tutta la luce evitando non solo gli sprechi ma soprattutto sfruttando anche il debole irraggiamento delle prime ore del mattino e del crepuscolo, aumentando di fatto l’efficienza e l’efficacia del pannello.

Il disco di silicio (wafer) è stato cosparso da una miscela di acidi che grazie alla loro azione corrosiva, hanno inciso milioni di buchi sulla superficie. Questi fori sono capaci di catturare la luce, rendendo la superficie nera. Gli scienziati, grazie ad una tecnica di evaporazione con pompe sottovuoto, con una miscela di perossido di idrogeno e acido fluoridrico hanno cosparso un sottilissimo strato d’oro posto all’interno del wafer, scurendolo del tutto. A differenza dei colleghi di Monaco, il team del Nrel ha pensato di ottimizzare la tecnica: hanno cosparso la superficie di silicio con una soluzione in sospensione di nanoparticelle d’oro, chiamata “oro colloidale” e hanno atteso l’evaporazione dell’acqua in modo che l’oro, in seguito, incidesse il wafer. Successivamente, il chimico del Nrel Vern Yost, volendo migliorare la tecnica, decise di separare le nanoparticelle con acqua regia, una miscela altrettanto corrosiva formata da acido nitrico e acido cloridrico concentrati capace di sciogliere metalli come l’oro e l’argento. Ebbene, l’acqua regia aveva reagito con l’oro formando una soluzione di acido chloroauric, meno costoso dell’oro colloidale.
“Siamo stati in grado, così, di creare nano particelle d’oro grazie a questo acido e di conseguenza ottenere la superficie dei nostri wafer bucherellata” spiega Brenz– “La realizzazione adesso è molto semplice: abbiamo versato l’acido chloroauric sul wafer al silicio insieme all’acido fluoridrico e al perossido di idrogeno e dopo una manciata di secondi il silicio è diventato nero”. Secondo il laboratorio americano, in questo modo l’assorbimento della luce da parte delle celle solari aumenta del 98% contro il 95% di quelle attuali. Risultato di poco conto alcuni obietteranno ma sufficiente ad incrementare del 2% l’efficienza energetica della cella. Non solo, la realizzazione di pannelli al silicio nero tramite la tecnica del Nrel non è nociva per l’ambiente in quanto produce meno emissioni rispetto ai pannelli attuali. Adesso ne attenderemo gli esiti. Cn questa invenzione il team si è aggiudicato l’Oscar delle invenzioni, promosso dall’R&D Magazine.

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