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Fotovoltaico ad alta efficienza grazie a impulsi laser ultra-veloci

Redazione Controcampus 15 Febbraio 2023
R. C.
24/02/2024

Tecnologie rivoluzionarie dalla ricerca dell'Università di Padova: fotovoltaico ad alta efficienza grazie a impulsi laser ultra-veloci.

UniPD mostra come sottoponendo il silicio a brevissimi shock termici indotti da impulsi laser è possibile realizzare una nuova tecnologia per la fabbricazione di celle fotovoltaiche ad alta efficienza.

Grazie al laser si riesce a liquefare e ricristallizzare la superficie del silicio in tempi rapidissimi, dell’ordine di pochi miliardesimi di secondo. Ottenendo materiali innovativi in grado di raccogliere la corrente fotovoltaica in maniera più efficiente.

Ricerca UniPD: fotovoltaico ad alta efficienza grazie a impulsi laser ultra-veloci

L’attuale profonda crisi climatica ed energetica rende ora più che mai lo sviluppo e la diffusione di fonti energetiche rinnovabili a basso costo un obiettivo cruciale a livello globale. Tra le varie possibilità, il fotovoltaico rappresenta certamente una delle tecnologie più promettenti per garantirci un futuro sostenibile. L’energia solare è infatti una fonte pulita, rinnovabile e inesauribile. E’ possibile trasformarla in energia elettrica in modo diretto tramite celle fotovoltaiche, una tecnologia relativamente semplice e che ben si presta ad un impiego capillare e distribuito nel territorio.

Le celle fotovoltaiche in commercio sono costituite di silicio, il secondo elemento per abbondanza presente sulla terra. Il più importante semiconduttore, e si basano sulla capacità del materiale di assorbire la luce e convertirla in cariche elettriche. Le celle separano le cariche negative da quelle positive (l’assorbimento della luce produce cariche di entrambi i segni). Le estraggono dal silicio attraverso opportuni contatti posti sulle superfici, generando una corrente elettrica. Che possiamo poi sfruttare nella vita di tutti i giorni ad esempio per alimentare elettrodomestici, cellulari, auto elettriche e altro. L’efficienza della cella è quindi determinata principalmente dalla capacità di trasformare la luce solare in cariche elettriche. Di separarle e di raccoglierle.

TOPCon: tunnel oxide passivated contacts

Una metodologia estremante promettente, chiamata TOPCon (tunnel oxide passivated contacts), si basa sull’inserimento ad una certa profondità sotto la superficie del silicio di un sottilissimo strato di ossido di silicio. Con uno spessore di circa un nanometro, pari a un miliardesimo di metro. Questo strato di ossido di silicio favorisce, grazie ad un fenomeno quantistico noto come effetto tunnel, la separazione delle cariche e la loro successiva raccolta. Non solo, con esso si spera di riuscire entro pochi anni ad aumentare ulteriormente l’efficienza del fotovoltaico e, al tempo stesso, limitarne i costi di produzione. Tuttavia, affinché lo strato di silicio che si trova sopra l’ossido riesca a raccogliere efficacemente le cariche e trasferirle ai contatti elettrici è necessario “drogarlo”. Ovvero introdurre, mediante processi di diffusione ad alta temperatura, una certa quantità di atomi. Detti appunto ‘droganti’, in grado di modificare opportunamente le proprietà del silicio.

I protagonisti della rcicerca per fotovoltaico ad alta efficienza

Ebbene, prima della collaborazione tra Università di Padova e NREL, nessuna delle metodologie note era in grado di drogare efficacemente il silicio senza danneggiare l’ossido. Rendendo quindi difficile lo sviluppo e l’implementazione della tecnologia TOPCon.

«La soluzione che abbiamo trovato assieme a NREL utilizza impulsi laser ultra-veloci della durata di una decina di nanosecondi. – Spiega il professor Enrico Napolitani del Dipartimento di Fisica ed Astronomia dell’Università̀ di Padova – Cioè dell’ordine dei centomilionesimi di secondo. – Disponibili nel nostro nuovo laboratorio di Laser Processing finanziato dall’Università di Padova – Per applicare degli shock termici alla superficie del silicio. Il riscaldamento è tale da indurre un drogaggio di qualità eccellente. Ma il processo è così veloce che l’ossido di silicio, localizzato più in profondità, si scalda poco e rimane assolutamente intatto».

I fenomeni fisici coinvolti sono abbastanza complessi. Si utilizza luce ultravioletta, che viene assorbita entro pochissimi nanometri sotto la superficie. Essa induce un riscaldamento estremamente localizzato che si mantiene confinato grazie alla brevissima durata degli impulsi. In sostanza il calore non ha il tempo di diffondersi. Inoltre, gli impulsi hanno una energia così elevata da liquefare gli strati più superficiali del silicio. (poche decine di nanometri) Che, alla fine dell’impulso, ricristallizzano.

Pulsed Laser Melting (PLM)

In realtà il cuore del processo è proprio questa transizione di fase solido-liquido-solido indotta dal laser denominata Pulsed Laser Melting (PLM). Che nel laboratorio di UniPD si riesce a controllare a livello nanometrico. Grazie a essa il drogante, inizialmente posto sopra la superficie del silicio, si redistribuisce molto velocemente all’interno della fase liquida. Successivamente la ricristallizzazione avviene in modo talmente rapido da “congelare” il drogante incorporandolo nella fase solida cristallina a concentrazioni elevatissime, ben superiori alle solubilità solide di equilibrio. In questo modo si conseguono due risultati con una sola azione. Da un lato si confina il drogaggio e il riscaldamento mantenendo l’ossido sottostante intatto, dall’altro si droga a concentrazioni molto superiori – rispetto a quanto ottenuto in precedenza con altre tecniche – con notevoli effetti benefici sul funzionamento della cella fotovoltaica.

«È una metodologia che applichiamo con successo in molti ambiti per sintetizzare nuovi materiali. Dalla nanoelettronica, alla fotonica, alla fotocatalisi, ai rivelatori per le alte energie – Conclude Napolitani – Ma non l’avevamo mai applicata al fotovoltaico solare. I risultati sono molto incoraggianti e in futuro, nel gruppo di Fisica dei Semiconduttori del nostro Dipartimento, approfondiremo ulteriormente i nostri studi. Anche grazie alla nostra partecipazione al Partenariato Esteso NEST – “Network 4 Energy Sustainable Transition”, recentemente finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del PNRR».

© Riproduzione Riservata
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Redazione Controcampus Controcampus è Il magazine più letto dai giovani su: Scuola, Università, Ricerca, Formazione, Lavoro. Controcampus nasce nell’ottobre 2001 con la missione di affiancare con la notizia e l’informazione, il mondo dell’istruzione e dell’università. Il suo cuore pulsante sono i giovani, menti libere e non compromesse da nessun interesse di parte. Il progetto è ambizioso e Controcampus cresce e si evolve arricchendo il proprio staff con nuovi giovani vogliosi di essere protagonisti in un’avventura editoriale. Aumentano e si perfezionano le competenze e le professionalità di ognuno. Questo porta Controcampus, ad essere una delle voci più autorevoli nel mondo accademico. 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Controcampus ha un proprio obiettivo: confermarsi come la principale fonte di informazione universitaria, diventando giorno dopo giorno, notizia dopo notizia un punto di riferimento per i giovani universitari, per i dottorandi, per i ricercatori, per i docenti che costituiscono il target di riferimento del portale. Controcampus diventa sempre più grande restando come sempre gratuito, l’università gratis. L’università a portata di click è cosi che ci piace chiamarla. Un nuovo portale, un nuovo spazio per chiunque e a prescindere dalla propria apparenza e provenienza. Sempre più verso una gestione imprenditoriale e professionale del progetto editoriale, alla ricerca di un business libero ed indipendente che possa diventare un’opportunità di lavoro per quei giovani che oggi contribuiscono e partecipano all’attività del primo portale di informazione universitaria. Sempre più verso il soddisfacimento dei bisogni dei nostri lettori che contribuiscono con i loro feedback a rendere Controcampus un progetto sempre più attento alle esigenze di chi ogni giorno e per vari motivi vive il mondo universitario. La Storia Controcampus è un periodico d’informazione universitaria, tra i primi per diffusione. Ha la sua sede principale a Salerno e molte altri sedi presso i principali atenei italiani. Una rivista con la denominazione Controcampus, fondata dal ventitreenne Mario Di Stasi nel 2001, fu pubblicata per la prima volta nel Ottobre 2001 con un numero 0. Il giornale nei primi anni di attività non riuscì a mantenere una costanza di pubblicazione. Nel 2002, raggiunta una minima possibilità economica, venne registrato al Tribunale di Salerno. Nel Settembre del 2004 ne seguì la registrazione ed integrazione della testata www.controcampus.it. Dalle origini al 2004 Controcampus nacque nel Settembre del 2001 quando Mario Di Stasi, allora studente della facoltà di giurisprudenza presso l’Università degli Studi di Salerno, decise di fondare una rivista che offrisse la possibilità a tutti coloro che vivevano il campus campano di poter raccontare la loro vita universitaria, e ad altrettanta popolazione universitaria di conoscere notizie che li riguardassero. Il primo numero venne diffuso all’interno della sola Università di Salerno, nei corridoi, nelle aule e nei dipartimenti. Per il lancio vennero scelti i tre giorni nei quali si tenevano le elezioni universitarie per il rinnovo degli organi di rappresentanza studentesca. In quei giorni il fermento e la partecipazione alla vita universitaria era enorme, e l’idea fu proprio quella di arrivare ad un numero elevatissimo di persone. Controcampus riuscì a terminare le copie date in stampa nel giro di pochissime ore. Era un mensile. La foliazione era di 6 pagine, in due colori, stampate in 5.000 copie e ristampa di altre 5.000 copie (primo numero). Come sede del giornale fu scelto un luogo strategico, un posto che potesse essere d’aiuto a cercare fonti quanto più attendibili e giovani interessati alla scrittura ed all’ informazione universitaria. La prima redazione aveva sede presso il corridoio della facoltà di giurisprudenza, in un locale adibito in precedenza a magazzino ed allora in disuso. La redazione era quindi raccolta in un unico ambiente ed era composta da un gruppo di ragazzi, di studenti (oltre al direttore) interessati all’idea di avere uno spazio e la possibilità di informare ed essere informati. Le principali figure erano, oltre a Mario Di Stasi: Giovanni Acconciagioco, studente della facoltà di scienze della comunicazione Mario Ferrazzano, studente della facoltà di Lettere e Filosofia Il giornale veniva fatto stampare da una tipografia esterna nei pressi della stessa università di Salerno. Nei giorni successivi alla prima distribuzione, molte furono le persone che si avvicinarono al nuovo progetto universitario, chi per cercarne una copia, chi per poter partecipare attivamente. Stava per nascere un nuovo fenomeno mai conosciuto prima, Controcampus, “il periodico d’informazione universitaria”. “L’università gratis, quello che si può dire e quello che altrimenti non si sarebbe detto”, erano questi i primi slogan con cui si presentava il periodico, quasi a farne intendere e precisare la sua intenzione di università libera e senza privilegi, informazione a 360° senza censure. Il giornale, nei primi numeri, era composto da una copertina che raccoglieva le immagini (foto) più rappresentative del mese, un sommario e, a seguire, Campus Voci, la pagina del direttore. La quarta pagina ospitava l’intervista al corpo docente e o amministrativo (il primo numero aveva l’intervista al rettore uscente G. Donsi e al rettore in carica R. Pasquino). Nelle pagine successive era possibile leggere la cronaca universitaria. A seguire uno spazio dedicato all’arte (poesia e fumettistica). I caratteri erano stampati in corpo 10. Nel Marzo del 2002 avvenne un primo essenziale cambiamento: venne creato un vero e proprio staff di lavoro, il direttore si affianca a nuove figure: un caporedattore (Donatella Masiello) una segreteria di redazione (Enrico Stolfi), redattori fissi (Antonella Pacella, Mario Bove). Il periodico cambia l’impaginato e acquista il suo colore editoriale che lo accompagnerà per tutto il percorso: il blu. Viene creata una nuova testata che vede la dicitura Controcampus per esteso e per riflesso (specchiato), a voler significare che l’informazione che appare è quella che si riflette, quello che, se non fatto sapere da Controcampus, mai si sarebbe saputo (effetto specchiato della testata). La rivista viene stampa in una tipografia diversa dalla precedente, la redazione non aveva una tipografia propria, ma veniva impaginata (un nuovo e più accattivante impaginato) da grafici interni alla redazione. Aumentarono le pagine (24 pagine poi 28 poi 32) e alcune di queste per la prima volta vengono dedicate alla pubblicità. Viene aperta una nuova sede, questa volta di due stanze. Nel Maggio 2002 la tiratura cominciò a salire, fu l’anno in cui Mario Di Stasi ed il suo staff decisero di portare il giornale in edicola ad un prezzo simbolico di € 0,50. Il periodico era cosi diventato la voce ufficiale del campus salernitano, i temi erano sempre più scottanti e di attualità. Numero dopo numero l’obbiettivo era diventato non più e soltanto quello di informare della cronaca universitaria, ma anche quello di rompere tabù. Nel puntuale editoriale del direttore si poteva ascoltare la denuncia, la critica, la voce di migliaia di giovani, in un periodo storico che cominciava a portare allo scoperto i risultati di una cattiva gestione politica e amministrativa del Paese e mostrava i primi segni di una poi calzante crisi economica, sociale ed ideologica, dove i giovani venivano sempre più messi da parte. Disabilità, corruzione, baronato, droga, sessualità: sono questi alcuni dei temi che il periodico affronta. Nel 2003 il comune di Salerno viene colto da un improvviso “terremoto” politico a causa della questione sul registro delle unioni civili, “terremoto” che addirittura provoca le dimissioni dell’assessore Piero Cardalesi, favorevole ad una battaglia di civiltà (cit. corriere). Nello stesso periodo Controcampus manda in stampa, all’insaputa dell’accaduto, un numero con all’interno un’ inchiesta sulla omosessualità intitolata “dirselo senza paura” che vede in copertina due ragazze lesbiche. Il fatto giunge subito all’attenzione del caporedattore G. Boyano del corriere del mezzogiorno. È cosi che Controcampus entra nell’attenzione dei media, prima locali e poi nazionali. Nel 2003 Mario Di Stasi avverte nell’aria segnali di cambiamento sia della società che rispetto al periodico Controcampus. Pensa allora di investire ulteriormente sul progetto, in redazione erano presenti nuove figure: Ernesto Natella, Laura Muro, Emilio C. Bertelli, Antonio Palmieri. Il periodico aumenta le pagine, (44 pagine e poi 60 pagine), è stampato interamente a colori, la testata è disegnata più piccola e posizionata al lato sinistro della prima pagina. La redazione si trasferisce in una nuova sede, presso la palazzina E.di.su del campus di Salerno, questa volta per concessione dell’allora presidente dell’E.di.su, la Professoressa Caterina Miraglia che crede in Controcampus. Nello stesso anno Controcampus per la prima volta entra nel mondo del Web e a farne da padrino è Antonio Palmieri, allora studente della facoltà di Economia, giovane brillante negli studi e nelle sue capacità web. Crea un portale su piattaforma CMS realizzato in asp. È la nascita di www.controcampus.it e l’inizio di un percorso più grande. Controcampus è conosciuto in tutti gli atenei italiani, grazie al rapporto e collaborazione che si instaura con gli uffici stampa di ogni ateneo, grazie alla distribuzione del cartaceo ed alla nuova iniziativa manageriale di aprire sedi - redazioni in tutta Italia. Nel 2004 Mario Di Stasi, Antonio Palmieri, Emilio C. Bertelli e altri redattori del periodico controcampus vengono eletti rappresentanti di facoltà. Questo non permette di sporcare l’indirizzo e linea editoriale di Controcampus, che resta libera da condizionamenti di partito, ma offre la possibilità di poter accedere a finanziamenti provenienti dalla stessa Università degli Studi di Salerno che, insieme alla pubblicità, permettono di aumentare gli investimenti del gruppo editoriale. Ciò nonostante Controcampus rispetto alla concorrenza doveva contare solamente sulle proprie forze. La forza del giornale stava nella fiducia che i lettori avevano ormai riposto nel periodico. I redattori di Controcampus diventarono 15, le redazioni nelle varie università italiane aumentavano. Tutto questo faceva si che il periodico si consolidasse, diventando punto di riferimento informativo non soltanto più dei soli studenti ma anche di docenti, personale e politici, interessati a conoscere l’informazione universitaria. Gli stessi organi dell’istruzione quali Miur e Crui intrecciavano rapporti di collaborazione con il periodico. Dal 2005 al 2009 A partire dal 2005 Controcampus e www.controcampus.it ospitano delle rubriche fisse. Le principali sono: Università, la rubrica dedicata alle notizie istituzionali Uni Nord, Uni Centro e Uni Sud, rubriche dedicate alla cronaca universitaria Cominciano inoltre a prender piede informazioni di taglio più leggero come il gossip che anche nel contesto universitario interessa. La redazione di Controcampus intuisce che il gossip può permettergli di aumentare il numero di lettori e fedeli e nasce cosi da controcampus anche una iniziativa che sarà poi riproposta ogni anno, Elogio alla Bellezza, un concorso di bellezza che vede protagonisti studenti, docenti e personale amministrativo. Dal 2006 al 2009 la rivista si consolida ma la difficoltà di mantenete una tiratura nazionale si fa sentire anche per forza della crisi economia che investe il settore della carta stampata. Dal 2009 ad oggi Nel maggio del 2009 Mario Di Stasi, nel tentativo di voler superare qualsiasi rischio di chiusura del periodico e colto dall’interesse sempre maggiore dell’informazione sul web (web 2.0 ecc), decide di portare l’intero periodico sul web, abbandonando la produzione in stampa. Nasce un nuovo portale: www.controcampus.it su piattaforma francese Spip. Questo se da un lato presenta la forza di poter interessare e raggiungere un vastissimo pubblico (le indicizzazioni lo dimostrano), dall’altro lato presenta subito delle debolezze dovute alla cattiva programmazione dello stesso portale. Nel 2012 www.controcampus.it si rinnova totalmente, Mario Di Stasi porta con se un nuovo staff: Pasqualina Scalea (Caporedattore), Dora Della Sala (Vice Caporedattore), Antonietta Amato (segreteria di Redazione) Antonio Palmieri (Responsabile dell’area Web) Lucia Picardo (Area Marketing), Rosario Santitoro ( Area Commerciale). Ci sono nuovi responsabili di area, ciascuno dei quali è a capo di una redazione nelle diverse sedi dei principali Atenei Italiani: sono nuovi giovani vogliosi di essere protagonisti in un’avventura editoriale. Aumentano e si perfezionano le competenze e le professionalità di ognuno. Questo porta Controcampus ad essere una delle voci più autorevoli nel mondo accademico. Nel 2013 www.controcampus.it si aplia, il portale d'informazione universitario, diventa un network. Una nuova edizione, non più un periodico ma un quotidiano anzi un notiziario in tempo reale. Nasce il Magazine Controcampus, nascono nuovi contenuti: scuola, università, ricerca, formazione e lavoro. Nascono ulteriori piattaforme collegate alla webzine, non solo informazione ma servizi come bacheche, appunti, ricerca lavoro e anche nuovi servizi sociali. Certo le difficoltà sono state sempre in agguato ma hanno generato all’interno della redazione la consapevolezza che esse non sono altro che delle opportunità da cogliere al volo per radicare il progetto Controcampus nel mondo dell’istruzione globale, non più solo università. Controcampus diventa sempre più grande restando come sempre gratuito. Un nuovo portale, un nuovo spazio per chiunque e a prescindere dalla propria apparenza e provenienza. Sempre più verso una gestione imprenditoriale e professionale del progetto editoriale, alla ricerca di un business libero ed indipendente che possa diventare un’opportunità di lavoro per quei giovani che oggi contribuiscono e partecipano all’attività del primo portale di informazione universitaria. Sempre più verso il soddisfacimento dei bisogni dei lettori che contribuiscono con i loro feedback a rendere Controcampus un progetto sempre più attento alle esigenze di chi ogni giorno e per vari motivi vive il mondo universitario. Leggi tutto