I ricercatori del Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), in collaborazione con i ricercatori del Fraunhofer ISE, sono riusciti a intrappolare in modo efficiente la radiazione solare in una cella solare grazie ad uno strato ultrasottile di Arseniuro di Gallio (GaAs). Con questa nuova architettura, è stata ottenuta un'efficienza di quasi il 20%.
Finora, le celle solari da laboratorio con efficienza del 20% richiedevano almeno 1 µm (1x10-6 m) di strati di materiale semiconduttore (GaAs, Tellururo di Cadmio - CdTe, Seleniuro di Gallio Indio Rame -CIGS), o anche 40 µm (40x10-6 m) o più nel caso del silicio.
Una significativa riduzione di questo spessore consentirebbe risparmi di materiali scarsi come Tellurio o Indio e miglioramenti della produttività industriale grazie a tempi di deposizione più brevi. Tuttavia, un assorbitore più sottile riduce automaticamente l'assorbimento della radiazione solare e quindi l'efficienza di conversione. Un eventuale specchio piatto posto sul retro della cella solare potrebbe portare ad un assorbimento a doppio passaggio, ma non di più.
I ricercatori del Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, in collaborazione con il Fraunhofer ISE, hanno sviluppato una nuova strategia per intrappolare la radiazione solare in strati ultrasottili costituiti da Arseniuro di Gallio di soli 205 nm (2.05x10-7 m) di spessore.
L'idea guida è stata quella di concepire uno specchio posteriore nanostrutturato per creare risonanze multiple sovrapposte nella cella solare. In questo modo, la radiazione solare è vincolata a rimanere più a lungo nell'assorbitore, con conseguente assorbimento ottico efficiente nonostante la bassa quantità di materiale. Grazie a numerose risonanze, l'assorbimento è aumentato su un ampia gamma spettrale che va dal visibile all'infrarosso.
Il lavoro pubblicato su Nature Energy dimostra che questa architettura dovrebbe consentire un'efficienza del 25% a breve termine.
Anche se i limiti sono ancora sconosciuti, i ricercatori sono convinti che lo spessore potrebbe essere ulteriormente ridotto senza perdita di efficienza, almeno di un fattore due.
Le celle solari GaAs sono ancora commercialmente limitate all'applicazione spaziale a causa del loro costo. Tuttavia, i ricercatori stanno già lavorando su come estendere questa tecnologia su larga scala.