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Il termofotovoltaico (TPV) promette di convertire direttamente il calore in energia elettrica senza utilizzare turbine o parti meccaniche, ma le prove finora hanno richiesto sorgenti molto calde (circa 1.800–2.400 °C). Il nuovo lavoro dell’Università di Montpellier sposta l’asticella verso sorgenti meno estreme, tra 600 e 1.000 °C, tipiche di molti processi industriali.

I ricercatori hanno sviluppato una cella capace di usare la radiazione di un emettitore a 800 °C, dimezzando alcune delle perdite principali. Sopra i 150 K (~‑123 °C) la nuova struttura ha fornito più di dieci volte la potenza di una cella di riferimento. Inoltre è stato osservato l’effetto fotovoltaico fino a circa 0 °C (273 K), temperatura molto più alta rispetto ai criogenici necessari in precedenti esperimenti.

Come funziona, in sintesi: una cella TPV converte i fotoni emessi da una sorgente calda. La sfida è allineare bandgap e temperatura in modo che i fotoni siano sufficientemente energetici. Con sorgenti meno calde, la radiazione è spostata verso fotoni meno energetici, quindi serve un bandgap molto basso. Una cella intorno a 0,25 eV può intercettare una porzione significativa della radiazione infrarossa a 800 °C.

La barriera AlAsSb, una lega di semiconduttori, limita le correnti parassite senza ostacolare le correnti utili generate dalla radiazione. Rispetto a una cella di riferimento, la versione con barriera riduce drasticamente la corrente di buio e le correnti superficiali.

Negli esperimenti, microcelle di 1×1 cm2 esposte a un emettitore a 800 °C hanno mostrato, oltre 150 K, potenza superiore di oltre un ordine di grandezza rispetto al riferimento. Una microcella ha conservato una risposta fino a 273 K, ma restano da definire efficienza standardizzata, densità di potenza e longevità operativa.

Due strade per il TPV: una orientata a emettitori molto caldi (1.800–2.400 °C) con bandgap più alto e potenziali rendimenti elevati; l’altra verso 500–1.000 °C, più diffusa ma con maggiori perdite da contenere. L’esempio InAs/InAsSb appartiene a questa seconda via.

Le applicazioni più avanzate finora riguardano l’accumulo termico ad alta temperatura, non ancora la piena generazione di elettricità da calore industriale. Alcune aziende stanno testando sistemi TPV integrati, ma resta cruciale l’Industrializzazione: costi delle celle III–V e necessità di raffreddamento efficiente limitano la scalabilità. Per sorgenti a 600–900 °C, il target è una cella a bandgap ~0,23–0,25 eV, capace di convogliare una parte del calore residuo in corrente utile.

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