Ilaria Rosella Pagliaro La produzione di pannelli solari in "diamante" sta trasformando il panorama dell'energia fotovoltaica, offrendo una nuova frontiera di efficienza e sostenibilità
@MIT
Negli ultimi anni, l’energia fotovoltaica è raddoppiata globalmente, compresi i paesi in via di sviluppo. Una delle innovazioni più rivoluzionarie in questo campo sono i primi pannelli solari in diamante, creati quasi da zero, che promettono di rivoluzionare la produzione di elettricità. Stiamo forse di fronte a un’invenzione del XXI secolo? Tutti gli indizi sembrano confermarlo.
Tradizionalmente, il fotovoltaico si basava su celle di silicio, sia monocristalline che policristalline. Poi è arrivata la perovskite, rivoluzionando i limiti di efficienza conosciuti. Ora, gli esperti hanno prodotto le prime celle solari in “diamante”. Questo innovativo prodotto segna una nuova fase nella ricerca incessante di innovazioni per le celle solari, allontanandosi dal silicio come materiale principale. Questo è dovuto alle proprietà del diamante, noto per la sua resistenza all’usura, l’alta capacità termica e l’efficace conduzione dell’energia termica.
A differenza dei pannelli basati sul silicio, i pannelli solari in “diamante” possono essere realizzati direttamente dal CO2 atmosferico e dal CH4, o metano, eliminando la necessità di passaggi di produzione ad alta intensità energetica. Questo risultato è reso possibile da una metodologia nota come deposizione chimica da vapore (CVD).
Il diamante ha diverse proprietà eccezionali che lo rendono vantaggioso per l’ingegneria solare. In primo luogo, ha la più alta conducibilità termica tra tutti i materiali conosciuti, permettendo la rapida rimozione del calore in eccesso che potrebbe degradare le celle e aiutandole a raggiungere la massima efficienza. Inoltre, è uno dei materiali più efficienti per la mobilità degli elettroni, consentendo un efficace trasporto dei portatori di carica generati dall’assorbimento della luce solare.
Un’altra caratteristica notevole del diamante è il suo ampio bandgap, che rappresenta l’energia necessaria per il trasferimento degli elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione, permettendo l’assorbimento e la conversione di una gamma più ampia dello spettro solare, inclusi i raggi violetti e ultravioletti.
Come sono stati creati i pannelli solari in “diamante”?
La produzione dei pannelli solari in diamante avviene tramite la deposizione chimica da vapore (CVD), una tecnica che permette di creare film di diamante da una miscela di carbonio e idrogeno, spesso costituita da metano e idrogeno. Le miscele di gas vengono introdotte in una camera a vuoto, dove vengono attivate dal calore e da altre forme di energia come il calore a microonde, il filamento caldo o il plasma. Nel processo CVD, un gas idrocarburico si decompone e il carbonio atomico si deposita su un substrato come il silicio o il metallo, creando uno strato sottile di diamante.
Il substrato fornisce il supporto su cui il diamante si forma, e le caratteristiche della superficie del substrato influenzano significativamente le proprietà del film di diamante e la sua direzione di crescita. Questa tecnologia ha aperto la porta a un nuovo modo di sfruttare l’energia fotovoltaica residua, che altrimenti verrebbe dispersa dall’ambiente, accelerando il recupero degli investimenti. Non ci sono più scuse per non aderire all’autoconsumo.
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