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Manipolare i domini ferroelettrici per potenziare l’energia delle perovskiti
Un team di ricercatori ha fatto un importante passo avanti nella tecnologia delle celle solari multifunzionali, ottenendo miglioramenti significativi nell’efficienza della conversione dell’energia solare grazie alla manipolazione dei domini ferroelettrici nei cristalli di perovskite. Questo progresso potrebbe aprire nuove strade per lo sviluppo di dispositivi fotovoltaici più efficienti.
Nuova strategia per migliorare le celle solari
Le celle solari tradizionali funzionano grazie alla creazione di giunzioni p-n nei semiconduttori, una tecnologia sviluppata più di un secolo fa e oggi ampiamente utilizzata nell’industria del silicio. Tuttavia, il bulk photovoltaic effect (BPVE), scoperto negli anni ’60-’70, offre un nuovo approccio alla conversione dell’energia solare, con il potenziale di superare i limiti fisici del rendimento delle celle convenzionali.
Secondo il professor Yang Bai, del Microelectronics Research Unit, il BPVE non necessita di giunzioni p-n, ma crea la propria “autogiunzione”. Questa caratteristica teoricamente consentirebbe di superare il limite di Shockley-Queisser, che rappresenta un ostacolo all’efficienza delle celle solari attuali.
Un aumento del 35% nell’output energetico
Nonostante il potenziale del BPVE, il suo utilizzo pratico è stato finora limitato dalla scarsa potenza generata rispetto alle celle fotovoltaiche tradizionali. Tuttavia, i ricercatori hanno dimostrato che strutturando i domini ferroelettrici in modo più efficiente, è possibile ottenere un incremento del 35% nella produzione di energia.
Nei materiali ferroelettrici, i domini sono piccole regioni in cui la polarizzazione spontanea è orientata nella stessa direzione. Questi domini possono essere modificati applicando un campo elettrico esterno. Utilizzando un campo elettrico alternato (AC poling) invece del tradizionale campo continuo (DC), il team ha migliorato l’allineamento dei domini, riducendo la ricombinazione delle cariche elettriche e aumentando l’efficienza della conversione energetica.
Applicazioni future e nuove frontiere tecnologiche
Le implicazioni di questa scoperta vanno oltre le celle solari. Secondo Bai, le prime applicazioni concrete riguarderanno sensori avanzati e dispositivi di calcolo, sfruttando la possibilità di modulare l’input tramite diverse lunghezze d’onda della luce.
“In passato abbiamo dimostrato che il BPVE può essere utilizzato in sensori di colore senza filtri. Altre applicazioni includono dispositivi di calcolo neuromorfico e sistemi per la raccolta di energia da più fonti per dispositivi IoT”, ha spiegato Bai.
Le sfide future della ricerca
Nonostante il progresso, rimangono ancora diverse sfide da affrontare. Il principale ostacolo è rappresentato dalla banda proibita dei materiali, che dovrebbe essere sufficientemente stretta per assorbire la luce visibile, ma allo stesso tempo presentare una forte polarizzazione spontanea per ottimizzare la tensione a circuito aperto.
“La maggior parte dei materiali disponibili oggi possiede o una banda proibita stretta, o una forte polarizzazione spontanea, ma raramente entrambe le caratteristiche contemporaneamente,” ha spiegato Bai. “Nei prossimi anni, cercheremo di espandere il numero di materiali utilizzabili per superare questo limite.”
Il team di ricerca comprende anche Vasilii Balanov, Jani Peräntie, Jaakko Palosaari e Suhas Yadav, che continueranno a lavorare su questa tecnologia per migliorarne l’efficacia e l’applicabilità.
