Quando una cella solare ne contiene due: cos’è il fotovoltaico tandem

I moduli multilivello combinano materiali diversi per sfruttare meglio la luce e aumentare la quantità di elettricità prodotta per metro quadrato. Una tecnologia su cui la ricerca sta puntando molto: due prototipi hanno appena stabilito nuovi record di efficienza

Sovrapporre più celle per aumentare l’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici: è da questa idea che nasce il fotovoltaico tandem, una delle tecnologie più promettenti per migliorare le prestazioni dei moduli.

Un nuovo passo avanti in questo campo è stato compiuto dal Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), con la realizzazione di due moduli sperimentali che hanno raggiunto rendimenti tra i più alti mai ottenuti per questa tecnologia, con valori superiori al 30%.

Il fotovoltaico tandem è oggi uno dei filoni più dinamici nel settore dell’energia rinnovabile. L’obiettivo è trasformare questi risultati sperimentali in tecnologie utilizzabili su larga scala. Se la ricerca riuscirà in questo passaggio, potrebbe diventare possibile produrre più energia da ogni metro quadrato di pannello, un fattore sempre più importante nella transizione energetica.

Come funzionano le celle tandem

Le celle tandem sono moduli costruiti con più strati di materiali semiconduttori sovrapposti. Ogni strato è progettato per assorbire una parte diversa della luce. Alcuni materiali catturano meglio le lunghezze d’onda più “forti”, altri quelle meno intense. In questo modo una quota maggiore della luce viene trasformata in elettricità, aumentando l’efficienza complessiva del pannello.

È proprio per questo che il fotovoltaico tandem è considerato una delle strade più promettenti per migliorare ulteriormente le prestazioni dei pannelli.

Come si misura l’efficienza di un pannello

Quando si parla di rendimento o efficienza di un pannello fotovoltaico si indica quanta parte dell’energia contenuta nella luce viene trasformata in elettricità. La percentuale esprime il rapporto tra l’energia che colpisce il pannello e quella che viene effettivamente convertita in corrente elettrica. In altre parole, un’efficienza del 34% significa che circa un terzo dell’energia ricevuta viene trasformata in elettricità.

Questi valori vengono misurati in laboratorio in condizioni standard di irraggiamento e temperatura, così da poter confrontare in modo uniforme le prestazioni delle diverse tecnologie.

Materiali diversi per catturare più luce

Per ottenere questi risultati i ricercatori utilizzano materiali semiconduttori particolari, chiamati III-V, composti da elementi della terza e della quinta colonna della tavola periodica, lo schema che organizza tutti gli elementi chimici in base alle loro proprietà.

Questi materiali sono molto efficienti nel convertire la luce in elettricità e vengono utilizzati da anni anche nelle celle impiegate nello spazio. In alcuni casi vengono combinati con il germanio, un elemento con proprietà elettroniche simili a quelle del silicio che può funzionare come base su cui costruire celle ad alte prestazioni.

Dalla ricerca ai moduli

Il modulo III-V su silicio è stato sviluppato nell’ambito del progetto di ricerca Mod30plus, dedicato allo sviluppo dei primi prototipi di modulo basati su celle tandem. Il dispositivo misura 218 centimetri quadrati e ha raggiunto un rendimento del 31,3%.

Il modulo con prestazioni più elevate è stato invece realizzato nel progetto Vorfahrt, che punta a sviluppare moduli tandem ad altissima efficienza per applicazioni terrestri. In questo caso il dispositivo misura 833 centimetri quadrati ed è composto da celle triple III-V su germanio, ulteriormente ottimizzate grazie a una nanostruttura sul vetro che riduce le perdite di luce dovute alla riflessione.

“Le tecnologie fotovoltaiche tandem possono colmare il divario tra gli impianti convenzionali a basso costo e le celle solari spaziali ad alte prestazioni – spiega Andreas Bett, direttore del Fraunhofer ISE – La soluzione III-V su silicio rappresenta un’opzione più accessibile, mentre quella su germanio offre prestazioni leggermente superiori”.

Secondo i ricercatori, queste tecnologie potrebbero essere particolarmente utili nei contesti in cui lo spazio per installare pannelli è limitato, come nelle applicazioni integrate negli edifici, nei veicoli o in alcune infrastrutture.