La tecnologia legata al "solare" non è molto progredita negli ultimi anni anche se la direzione è sempre la stessa, aumentare l'efficienza dei moduli, oscillante oggi tra il 13% dei pannelli fotovoltaici a basso costo ed il 20% di quelli ad alto rendimento.
La novità è rappresentata dai pannelli fotovoltaici a giunzione multipla che potrebbero aumentare l'efficienza facendola arrivare quasi al 40% (i migliori moduli attualmente sul mercato sono i SUNPOWER che raggiungono a malapena il 25%). Ciò significherebbe metà spazio necessaria per un impianto fotovoltaico oppure usando le stesse dimensioni, raddoppio di produzione di energia elettrica.
Che cosa sono e come funziona la tecnologia dei pannelli fotovoltaici a giunzione multipla: Al giorno d'oggi la maggior parte dei pannelli fotovoltaici usa una giunzione singola per creare un campo elettrico all' interno del semiconduttore di silicio. In una cella a singola giunzione solo i fotoni che hanno energia uguale o più grande dello spettro di banda della stessa cella possono liberare un elettrone all' interno del circuito.
In poche parole la risposta del modulo fotovoltaico a singola giunzione è limitata alla porzione dello spettro solare la cui energia è al di sopra del gap di banda del materiale assorbente, i fotoni con l' energia inferiore non vengono utilizzati e quindi si sprecano.
Per sfruttare al massimo l'energia del sole si possono usare due o più differenti celle, con più di uno spettro di banda e più di una giunzione per generare il voltaggio. Si chiamano pannelli a giunzione multipla oppure a "cascata" o in "tandem". I pannelli con celle a multi-giunzione possono aumentare la loro conversione ed incrementare l'efficienza utilizzando parti più ampie dello spettro di banda solare.
Un dispositivo a multigiunzione è fatto di una pila di celle ordinate in ordine decrescente di spettro di banda. La cella più in alto cattura i fotoni con energia più grande e passa il resto dei fotoni che non riesce ad assorbire a quella successiva e così via. Gran parte della ricerca di oggi sulle celle multigiunzione si concentra su materiali come arseniuro di gallio da usare nei pannelli.
Le prove effettuate hanno fatto raggiungere un'efficienza di circa il 35%. Altri materiali studiati per i dispositivi multigiunzione sono stati il silicio amorfo e il diseleniuro di indio e rame.
Un gruppo di scienziati dell'Università di Tampere in Finlandia ha sviluppato una cella solare multigiunzione III-V che si ritiene abbia il potenziale per raggiungere un'efficienza di conversione dell'energia vicina al 50%. (fonte)
Presentato nel documento Celle solari multigiunzione reticolari a copertura spettrale ampia (0,7–2,2 eV) basate su materiali AlGaInP, AlGaAs e GaInNAsSb , pubblicato su Progress of Photovoltaics , il dispositivo a quattro giunzioni è stato costruito con tre diversi materiali III-V: i fosfuro di ndium gallio (InGaP) per la prima giunzione ; arseniuro di gallio (GaAs) per il secondo elemento; e gallio-indio-nitruro-arseniuro-antimonio ( GaInNAsSb) per le altre due giunzioni.
I quattro dispositivi hanno bandgap di 1,88, 1,42, 1,17 e 0,93 elettronvolt (eV), rispettivamente, e la loro combinazione, secondo i ricercatori, raggiunge un'ampia copertura spettrale. "Questa struttura copre, in modo efficiente, l'intervallo spettrale di 350-1.310 nm, in cui l'efficienza intra-banda può teoricamente raggiungere oltre il 52% di efficienza ", hanno spiegato gli scienziati. “Ipotizzando l'uso di materiali con bandgap ottimali di 2, 1,51, 1,16 e 0,79 eV, stimiamo plausibile raggiungere un'efficienza del 49,8% a 1.500 soli, a causa delle ridotte perdite di trasmissione e termalizzazione”.
