I primi pannelli solari diamante hanno aperto le porte a un materiale che supera ogni limite del fotovoltaico

Nella corsa per superare i limiti fisici del silicio, l’industria fotovoltaica scommette su un materiale che supera anche le rivoluzionarie perovskiti in resistenza, capacità termica ed efficienza nella conduzione dell’energia termica: il diamante.

Cosa sono i pannelli solari diamante. Esistono molti tipi di pannelli solari di terza generazione che tentano di sostituire le celle di silicio. Le celle fotovoltaiche diamantate sostituiscono il silicio con strati di diamante sintetico. Il diamante non è un semiconduttore, ma se drogato con determinati elementi può diventare molto interessante.

Più il diamante semiconduttore viene studiato come sostituto del silicio per le celle fotovoltaiche, più opzioni avrà per superare i limiti teorici dei pannelli solari tradizionali. E renderli sostanzialmente obsoleti.

Quali sono i suoi vantaggi. Il diamante ha la più alta conduttività termica tra tutti i materiali conosciuti, il che potrebbe portare a pannelli solari con una rapida capacità di dissipare il calore in eccesso che tradizionalmente degrada i pannelli solari in silicio.

Il diamante è, come tutti sanno, estremamente duro e resistente (anche alle radiazioni), ma possiede anche proprietà elettroniche molto favorevoli per la raccolta dell’energia solare, come un’elevata mobilità dei portatori di carica (elettroni e lacune) che potrebbero far salire alle stelle l’efficienza di pannelli solari fino a limiti sconosciuti.

Bandgap regolabile. Il diamante ha una banda proibita molto ampia che gli scienziati stanno cercando di correggere attraverso il doping per creare un materiale ottimale per assorbire e convertire l’energia solare.

Si prevede che i pannelli solari Diamond saranno in grado di assorbire e convertire una gamma più ampia dello spettro solare, compresi i raggi viola e ultravioletti, un altro vantaggio che ne aumenterebbe l’efficienza.

E i suoi svantaggi? C’è una grande barriera all’ingresso che è il suo prezzo. La produzione di diamanti sintetici di alta qualità è costosa e tecnicamente complessa, quindi la sfida principale della loro ricerca è trovare un processo di produzione più efficiente.

A poco a poco si stanno facendo progressi in questo senso. Il diamante sintetico può essere ottenuto da una miscela economica di carbonio e idrogeno, solitamente composta da metano e anidride carbonica atmosferica, in un processo noto come deposizione chimica da fase vapore (CVD).

La miscela di gas viene introdotta in una camera a vuoto, dove viene attivata dal calore delle microonde, dal filamento caldo o dal plasma. In questo processo, l’idrocarburo viene scomposto e gli atomi di carbonio si depositano su un substrato come silicio o metallo, creando un sottile strato di diamante.

Un super materiale per casi estremi. Come per le celle solari in silicio, ottenere un diamante di purezza più elevata comporta un costo aggiuntivo nel processo di fabbricazione, che può essere giustificato dai benefici a lungo termine in termini di prestazioni e qualità.

I pannelli solari Diamond hanno ancora molta strada da fare per raggiungere il rapporto costi/benefici del silicio puro e superare la perovskite, un minerale che sta iniziando a essere sintetizzato anche per le celle fotovoltaiche. Nel frattempo, il diamante drogato sarà la scelta ideale per i casi in cui la resistenza e l’efficienza dei pannelli solari devono essere estreme, come l’esplorazione spaziale.

Immagini | Laboratorio nazionale dell’acceleratore dell’aeronautica americana / SLAC

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