di Marco Milano
Si chiama Stephen Rand, professore al dipartimento di Ingegneria Elettrica, Informatica e Fisica Applicata dell’Università del Michigan, ed è a capo di un gruppo di ricerca che promette di rivoluzionare la tecnologia per lo sfruttamento dell’energia solare. I ricercatori del Michigan hanno annunciato la scoperta, pubblicata sulla rivista Journal of Applied Physics, di un fenomeno che potrebbe rinnovare drasticamente il fotovoltaico, abbassandone i costi. Si tratta di un effetto magnetico della luce, mai sfruttato prima, che non richiede l’utilizzo di materiali semiconduttori per trasformare i fotoni – i mattoni della luce – in elettroni, cioè energia elettrica.
Secondo i principi della meccanica quantistica, la luce è un’onda elettromagnetica con una natura anche corpuscolare (un fotone è, cioè, allo stesso tempo onda e particella), comprendendo una componente di campo elettrico e una componente di campo magnetico, quest’ultima finora trascurata nelle applicazioni per il fotovoltaico. Il team guidato da Rand ha invece dimostrato che, se veicolata attraverso un materiale non conduttore, la parte magnetica può fornire una frazione di campo tutt’altro che trascurabile, fino a raggiungere valori dell’ordine di decine di milioni di volte maggiore rispetto allo standard. Quando la luce attraversa, in determinate condizioni, un materiale che non conduce l’elettricità, l’effetto magnetico è in grado di separare le cariche positive e negative della materia, stabilendo una differenza di potenziale, esattamente come accade con le giunzioni p-n per le classiche celle al silicio.
William Fischer, uno dei ricercatori autori dello studio, ha dichiarato che l’eccezionalità di questa scoperta sta nell’aver appurato che non sono solo i materiali cristallini con determinata simmetria a poter funzionare come batteria da cui estrarre elettricità. La rettificazione ottica – la separazione di carica tramite campo elettrico – può stabilirsi anche sfruttando il campo magnetico della luce, realizzando un voltaggio in materiali finora inediti. La produzione di semiconduttori tradizionali prevede dei processi industriali molto lunghi e costosi, che necessitano già in partenza di una forte spesa energetica. Secondo Fisher, il fenomeno osservato dal suo team consente di ripensare queste tecnologie prevedendo solo l’uso di lenti per focalizzare la luce e fibre ottiche per trasmetterla: dal momento che il campo magnetico è in grado di curvare gli elettroni e generare sia un dipolo elettrico che magnetico, si può incanalare un numero sufficiente di questi dipoli in una fibra abbastanza lunga, ottenendo valori di voltaggio molto alti da utilizzare quale fonte d’energia. E’ possibile individuare nel vetro o in alcune ceramiche trasparenti dei candidati ideali per la realizzazione delle nuove celle fotovoltaiche, raggiungendo efficienze energetiche in uscita analoghe a quelle del silicio (del 10% circa). Non secondario è il vantaggio economico che accompagna la scelta di questi materiali, prevedendo un’auspicabile abbattimento dei costi dell’intero comparto.
I prossimi obiettivi sperimentali del team di Stephen Rand, previsti per l’estate di quest’anno, riguardano lo studio del fenomeno applicato alla luce laser prima, per passare poi alla luce solare. Sarà quest’ultima la fase determinante per stabilire la reale spendibilità tecnologica di questa scoperta.
