Aumento dello strato a nido d'ape per impianti fotovoltaici in silicio ultrasottile / Honeycomb layer boost for ultra-thin silicon photovoltaics

Aumento dello strato a nido d'ape per impianti fotovoltaici in silicio ultrasottile / Honeycomb layer boost for ultra-thin silicon photovoltaics

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La sottile membrana di silicio utilizza uno strato disordinato a nido d'ape per massimizzare l'assorbimento della luce solare /  The thin silicon membrane uses a disordered honeycomb layer to maximise the absorption of sunlight  (Immagine: Surrey University)

I ricercatori hanno sviluppato uno strato a nido d'ape che intrappola la luce che ha migliorato del 25% l'assorbimento di energia nei pannelli fotovoltaici in silicio ultrasottili.

Co-guidati dalla Surrey University, i pannelli solari spessi 1μm del gruppo convertono la luce in elettricità in modo più efficiente di altri e potrebbero spianare la strada per rendere più facile in generale un'energia più pulita e verde.

In un articolo pubblicato su Photonics, il gruppo spiega in dettaglio come hanno utilizzato le caratteristiche della luce solare per progettare uno strato disordinato a nido d'ape che giace sopra un wafer di silicio. Il progetto a nido d'ape consente l'assorbimento della luce da qualsiasi angolazione e intrappola la luce all'interno della cella solare, consentendo la generazione di più energia.

In una dichiarazione, la dott.ssa Marian Florescu  dell'Advanced Technology Institute (ATI) della Surrey University ha  affermato: “Una delle sfide del lavorare con il silicio è che quasi un terzo della luce rimbalza direttamente su di esso senza essere assorbito e l'energia sfruttata. Uno strato strutturato attraverso il silicio aiuta ad affrontare questo problema ed il nostro progetto a nido d'ape disordinato, ma iperuniforme, ha particolarmente successo".

Il gruppo di ricercatori della Surrey University e dell'Imperial College London ha collaborato con AMOLF ad Amsterdam per progettare, modellare e creare il nuovo fotovoltaico ultrasottile.

In laboratorio, si dice che abbiano raggiunto tassi di assorbimento di 26,3 mA/cm2, un aumento del 25% rispetto al precedente record di 19,72 mA/cm2 raggiunto nel 2017. Si sono assicurati un'efficienza del 21% ma prevedono che ulteriori miglioramenti saranno spingere la cifra più in alto.

"C'è un enorme potenziale per l'utilizzo del fotovoltaico ultrasottile", ha affermato il dottor Florescu. “Ad esempio, data la loro leggerezza, saranno particolarmente utili nello spazio e potrebbero rendere fattibili nuovi progetti extraterrestri. Dal momento che usano molto meno silicio, speriamo che ci saranno risparmi sui costi anche qui sulla Terra, inoltre ci potrebbe essere il potenziale per portare maggiori vantaggi dall'Internet delle cose e per creare edifici a energia zero alimentati localmente".

I risultati del gruppo potrebbero anche avvantaggiare i settori in cui la gestione della luce e l'ingegneria delle superfici sono fondamentali, come la fotoelettrochimica, l'emissione di luce a stato solido e i fotorilevatori.

I prossimi passi per il gruppo includeranno l'indagine sui partner commerciali e lo sviluppo di tecniche di produzione.

ENGLISH

Researchers have developed a light-trapping honeycomb layer that has improved energy absorption in ultra-thin silicon photovoltaic panels by 25 per cent.

Co-led by Surrey University, the team’s 1μm thick solar panels convert light into electricity more efficiently than others and could pave the way to make it easier to general more clean, green energy.

In a paper published in Photonics, the team detail how they used characteristics of sunlight to design a disordered honeycomb layer which lies on top of a wafer of silicon. The honeycomb design enables light absorption from any angle and traps light inside the solar cell, enabling more energy to be generated.

In a statement, Dr Marian Florescu from Surrey University’s Advanced Technology Institute (ATI) said: “One of the challenges of working with silicon is that nearly a third of light bounces straight off it without being absorbed and the energy harnessed. A textured layer across the silicon helps tackle this and our disordered, yet hyperuniform, honeycomb design is particularly successful.”

The team of researchers from Surrey University and Imperial College London worked with AMOLF in Amsterdam to design, model and create the new ultra-thin photovoltaic.

In the laboratory, they are said to have achieved absorption rates of 26.3mA/cm2, a 25 per cent increase on the previous record of 19.72mA/cm2 achieved in 2017. They secured an efficiency of 21 per cent but anticipate that further improvements will push the figure higher.

“There’s enormous potential for using ultra-thin photovoltaics,” said Dr Florescu. “For example, given how light they are, they will be particularly useful in space and could make new extra-terrestrial projects viable. Since they use so much less silicon, we are hoping there will be cost savings here on Earth as well, plus there could be potential to bring more benefits from the Internet of Things and to create zero-energy buildings powered locally.”

The team’s findings could also benefit industries where light management and surface engineering are crucial, such as in photo-electrochemistry, solid-state light emission and photodetectors.

Next steps for the team will include investigating commercial partners and developing manufacturing techniques.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/honeycomb-layer-ultra-thin-silicon-photovoltaics-surrey-imperial/