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Mistero dei difetti delle celle solari risolto dopo decenni di sforzi globali

fattoria solare di silicio

Un team di scienziati dell'Università di Manchester ha risolto un problema chiave nei pannelli solari dopo anni di ricerche 40 in tutto il mondo.

I pannelli solari sono tra i sistemi più disponibili per generare energia attraverso fonti rinnovabili a causa del loro costo relativo e della disponibilità dei consumatori. Tuttavia, la maggior parte delle celle solari raggiunge solo l'efficienza 20% - per ogni kW di luce solare equivalente, è possibile generare circa 200W di energia elettrica.

Ora un team internazionale di ricercatori ha risolto un problema fondamentale fondamentale del difetto materiale che limita e degrada l'efficienza delle celle solari. Il problema è stato conosciuto e studiato per oltre 40 anni, con oltre documenti di ricerca 270 attribuiti al problema senza soluzione.

La nuova ricerca mostra la prima osservazione di un difetto materiale precedentemente sconosciuto che limita l'efficienza delle celle solari al silicio.

Il professor Tony Peaker, che ha coordinato la ricerca ora pubblicata sul Journal of Applied Physics, ha dichiarato: "A causa dell'impatto ambientale e finanziario del pannello solare 'degrado dell'efficienza' è stato oggetto di molto interesse scientifico e ingegneristico negli ultimi quattro decenni. Tuttavia, nonostante alcune delle migliori menti del mondo che ci lavorano, il problema ha resistito fermamente alla risoluzione fino ad ora. "

"Durante le prime ore di funzionamento, dopo l'installazione, l'efficienza di un pannello solare scende da 20% a circa 18%. Un calo assoluto dell'efficienza di 2% potrebbe non sembrare un grosso problema, ma se si considera che questi pannelli solari sono ora responsabili di fornire una grande frazione esponenziale in crescita del fabbisogno energetico totale del mondo, si tratta di una significativa perdita di capacità di generazione di elettricità “.

Il costo energetico di questa carenza tra le misure di capacità solare installate nel mondo negli 10 di gigawatt, è equivalente a più energia di quella prodotta dal totale combinato del Regno Unito di centrali nucleari 15. Il deficit solare deve quindi essere soddisfatto da altre fonti energetiche meno sostenibili come la combustione di combustibili fossili.

L'approccio sperimentale e teorico multidisciplinare impiegato dai ricercatori ha identificato il meccanismo responsabile della degradazione indotta dalla luce (LID). Combinando una tecnica elettrica ed ottica specializzata, nota come "spettroscopia transiente a livello profondo" (DLTS), il team ha scoperto l'esistenza di un difetto materiale che inizialmente giace dormiente all'interno del silicio utilizzato per fabbricare le cellule.

La carica elettronica all'interno della massa della cella solare al silicio si trasforma sotto la luce del sole, parte del suo processo di generazione di energia. Il team ha scoperto che questa trasformazione comporta una "trappola" altamente efficace che impedisce il flusso di portatori di carica fotoelettrici (elettroni).

Il dott. Iain Crowe ha detto: "Questo flusso di elettroni è ciò che determina la dimensione della corrente elettrica che una cella solare può erogare a un circuito, tutto ciò che impedisce lo riduce efficacemente l'efficienza della cella solare e la quantità di energia elettrica che può essere generata per un dato livello di luce solare. Abbiamo dimostrato che il difetto esiste, ora è una correzione ingegneristica necessaria. "

La tecnica standard utilizzata per determinare la qualità del materiale di silicio misura la "durata" dei portatori di carica, che è più lunga in materiale di alta qualità con meno "trappole". I ricercatori di Manchester, guidati dal Prof. Matthew Halsall, hanno scoperto che le loro osservazioni erano fortemente correlate con questa durata del portatore, che si era ridotta significativamente dopo la trasformazione del difetto sotto illuminazione. Hanno anche notato che l'effetto era reversibile, la vita è aumentata di nuovo quando il materiale è stato riscaldato al buio, un processo comunemente usato per rimuovere le "trappole".

Il dibattito sulla crisi climatica si è intensificato nella memoria recente e la spinta verso le energie rinnovabili è stata vista come un cambiamento di politica chiave. Mentre il Regno Unito ha recentemente rotto il suo precedente record per andare una settimana senza usare energia prodotta dal carbone lo stesso mese ha visto che CO2 atmosferico ha superato il livello più alto nella storia umana.

L'energia è uno dei beacons di ricerca dell'Università di Manchester - esempi di scoperte pioneristiche, collaborazione interdisciplinare e partnership intersettoriali che stanno affrontando alcune delle più grandi questioni che affliggono il pianeta.

Process Industry Informer

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