Negli ultimi anni, il mondo della ricerca sull'energia solare ha visto progressi senza precedenti, grazie all'esplorazione di nuovi materiali con caratteristiche straordinarie. Tra questi, i ferroelettrici emerge come i protagonisti sul palcoscenico dell'innovazione, capaci di generare elettricità attraverso il Bulk Photovoltaic Effect (BPVE), o effetto fotovoltaico di massa. La loro struttura unica, caratterizzata da una disposizione non simmetrica degli atomi, consente di convertire la luce in energia elettrica in modo innovativo.

Uno studio recente dell'Università di Oulu in Finlandia ha messo in evidenza che l'efficienza di questi materiali può essere notevolmente aumentata applicando un campo di polarizzazione alternato (AC). Questo fenomeno avviene quando la luce interagisce con il materiale, assorbendone l'energia e dando vita al movimento degli elettroni, che si traducono in corrente elettrica.

A differenza delle celle solari tradizionali, che si basano su giunzioni p-n, i BPVE non necessitano di una giunzione tra due strati di materiale. Gli elettroni possono muoversi liberamente grazie alla polarizzazione spontanea, consentendo a particolari materiali ferroelettrici di convertire direttamente la luce in elettricità in maniera più efficiente.

Questa innovazione potrebbe segnare una svolta nelle tecnologie solari, permettendo lo sviluppo di celle fotovoltaiche più versatili e capaci di superare i limiti attuali dell'efficienza delle celle a giunzione p-n. Yang Bai, professore associato dell'Università di Oulu e principale autore della ricerca, sottolinea che il BPVE può potenzialmente superare il limite imposto dal limite di Shockley-Queisser, che attualmente frena l'efficienza delle celle solari convenzionali.

Le Sfide da Affrontare

Nonostante i progressi eccellenti, il raggiungimento di un'efficienza paragonabile a quella della tecnologia fotovoltaica tradizionale rappresenta ancora una sfida ardua. Le difficoltà principali risiedono nella progettazione dei materiali, dove si presenta un dilemma: per ottenere una tensione elevata è necessario uno spessore maggiore; al contrario, per una corrente alta, il materiale deve essere sottile per minimizzare le perdite energetiche. Questo paradosso crea difficoltà nel trovare un equilibrio tra tensione e corrente, limitando la potenza delle celle solari BPVE.

Nel tentativo di migliorare l'efficienza delle celle BPVE, il team di Yang Bai ha ottenuto un incremente del 35% nella produzione energetica grazie all'adozione di strutture a domini impilati. Questi domini, piccole regioni con la stessa polarizzazione, giocano un ruolo cruciale nell'aumentare la tensione e migliorare la generazione di corrente. Attraverso l'uso di un campo elettrico alternato (AC), il team è riuscito ad allineare la microstruttura del materiale in modo più efficace.

Grazie a questa nuova configurazione, una volta rimosso il campo, i domini conservano la loro disposizione, contribuendo a migliorare ulteriormente l'efficienza della cella solare. Sebbene i risultati raggiunti rappresentino un passo significativo verso celle fotovoltaiche di massa più efficaci, la ricerca è tutt'altro che conclusa e rimangono molteplici sfide da affrontare, in particolare riguardanti l’intervallo di banda dei materiali utilizzati.

In un mondo sempre più alla ricerca di fonti energetiche sostenibili, l'innovazione nel campo del BPVE rappresenta una luce di speranza, ma la strada verso un'adozione su larga scala è ancora in salita. Prepariamoci a seguire da vicino gli sviluppi di questo promettente settore!