I pannelli solari sono in circolazione da un po 'di tempo, ma i materiali con cui sono realizzati li rendono incapaci di convertire più di circa un quarto dell'energia del sole in elettricità utilizzabile. Secondo i calcoli del MIT, una casa media nella soleggiata Arizona ha ancora bisogno di circa 574 piedi quadrati di pannelli solari (assumendo circa il 15 percento di efficienza) per soddisfare il fabbisogno energetico giornaliero. Nel Vermont freddo e invernale, la stessa casa avrebbe bisogno di 861 piedi quadrati. Sono molti i pannelli.
Ecco perché i ricercatori del MIT hanno sperimentato un processo completamente nuovo per la conversione della luce solare, uno che sfrutta le temperature estremamente elevate per aumentare l'efficienza. Se funziona su larga scala, potremmo vedere pannelli solari incredibilmente più efficienti nei prossimi anni, potenzialmente cambiando il gioco per l'energia solare.
"Con la nostra ricerca, stiamo cercando di affrontare i limiti fondamentali della conversione dell'energia fotovoltaica", afferma David Bierman, uno dei ricercatori alla guida del progetto.
La tecnologia trasforma la luce solare in calore, quindi converte il calore in luce. Il processo utilizza una specie di concentratore di luce chiamato "assorbitore-emettitore", con uno strato assorbente di nanotubi di carbonio nero solido che trasformano la luce solare in calore. Quando le temperature raggiungono circa i 1.000 gradi Celsius (calde come la lava di molti vulcani, solo per darvi un'idea), uno strato di emissione, fatto di cristallo fotonico, restituisce l'energia come il tipo di luce che la cella solare può usare.
Un filtro ottico riflette tutte le particelle di luce che non possono essere utilizzate, un processo chiamato "riciclo dei fotoni". Ciò aumenta drasticamente l'efficienza, rendendo le celle fino al doppio efficienti rispetto allo standard attuale.
Opportunamente, la tecnologia è soprannominata "celle solari calde". Le celle sono state recentemente nominate una delle "10 tecnologie rivoluzionarie del MIT Technology Review del 2017". Gli editori della pubblicazione hanno compilato questo elenco ogni anno dal 2002. Quest'anno, le tecnologie, dalle protesi cerebrali ai camion a guida autonoma fino alle telecamere in grado di scattare selfie a 360 gradi, "influenzerà l'economia e la nostra politica, migliorerà la medicina o influenzerà la nostra cultura", secondo il MIT Technology Review . "Alcuni si stanno svolgendo ora; altri impiegheranno un decennio o più per svilupparsi", affermano gli editori. "Ma dovresti conoscerli tutti in questo momento."
I nanotubi di carbonio nero formano lo strato assorbitore-emettitore del pannello. (MIT) La tecnologia è superiore alle celle solari standard a un livello molto semplice. Il materiale semiconduttore delle celle standard, che è quasi sempre silicio, in genere cattura solo la luce dallo spettro viola a rosso. Ciò significa che il resto dello spettro della luce solare viene perso. A causa di questo problema fondamentale, le celle solari possono convertire solo circa un terzo dell'energia solare in elettricità. Questo limite superiore, la massima efficienza teorica di una cella solare, è chiamato limite di Shockley-Queisser. I pannelli solari realizzati per uso domestico generalmente convertono molto meno del limite di Shockley-Queisser, poiché i materiali più efficienti sono ancora estremamente costosi. Ma con le celle solari calde, questo limite, in vigore da oltre 50 anni, potrebbe essere la storia.
A questo punto, i ricercatori hanno solo un prototipo. Potrebbe passare un decennio o più prima di vedere sul mercato queste celle solari calde. Al momento, i materiali sono così costosi che sarebbe difficile trasformare le celle in pannelli delle dimensioni necessarie per l'uso commerciale.
"Dovremo risolvere tutta una serie di problemi relativi al ridimensionamento del dispositivo per generare effettivamente poteri che sono soluzioni utili per le persone e i loro problemi", afferma Bierman.
Bierman e i suoi colleghi del progetto, Andrej Lenert, Ivan Celanovic, Marin Soljacic, Walker Chan ed Evelyn N. Wang, sono ottimisti sul fatto che possano superare questi limiti. Sperano anche di capire come conservare il calore extra per un uso successivo. Ciò potrebbe significare energia pulita nelle giornate invernali più chiuse. Anche nel Vermont.
