Celle solari trasparenti con una durata di oltre 30 anni

Buona efficienza, trasparenza ma soprattutto una lunga vita: un gruppo di ricercatori internazionali trova la quadra al dilemma delle finestre fotovoltaiche di ultima generazione grazie ad una “crema solare”

Celle solari trasparenti
Credits: Oak Ridge National Laboratory – (CC BY 2.0)

Nuovi progressi con le celle solari trasparenti a base di accettori non fullerenici

(Rinnovabili.it) – Celle solari trasparenti da integrare in vetrate ed infissi, per trasformare gli edifici in centrali elettriche ma senza compromettere l’illuminazione interna. Su questa idea il settore fotovoltaico sta lavorando da anni cercando di trovare un compromesso tra efficienza e opacità dei materiali. Una delle migliori soluzioni dal punta di vista ottico è rappresentata dai materiali organici o a base di carbonio. In confronto al silicio, offrono diversi gradi di trasparenza e un costo notevolmente ridotto. Il problema? I semiconduttori organici con la resa maggiore sono anche quelli che si degradano prima. La forza e la debolezza di questi materiali risiedono nelle molecole che trasferiscono gli elettroni fotogenerati agli elettrodi, i punti di ingresso al circuito che utilizza o immagazzina l’energia solare.

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Questi composti sono generalmente noti come “accettori non-fullerenici” per distinguerli dai più robusti ma meno efficienti “accettori fullerenici” costituiti da reti di carbonio su scala nanometrica. Le celle solari trasparenti realizzate con i primi, possono eguagliare le efficienze di quelle in silicio (circa 18%) ma durano poco. Ma un team composto da scienziati dell’Università del Michigan, della North Carolina State University, della Tianjin University e della Zhejiang University, ha dimostrato come risolvere il problema. “Gli accettori non fullerenici causano un’efficienza molto elevata, ma contengono legami deboli che si dissociano facilmente sotto i fotoni ad alta energia, in particolare i fotoni ultravioletti”, ha affermato Yongxi Li, ricercatore e primo autore dell’articolo pubblicato su Nature Communications (testo in inglese).

Una protezione solare per le celle fotovoltaiche organiche

Analizzando la natura del degrado in quelle celle solari, il team ha scoperto come proteggerle. Per prima cosa il team ha bloccato i raggi UV aggiungendo uno strato di ossido di zinco, un comune ingrediente delle creme solari, sul lato del vetro rivolto verso il sole. Sfortunatamente, questo elemento mette a rischio la fragile struttura dell’assorbitore organico di luce. Per risolvere il problema gli scienziati  hanno inserito un materiale tampone a base di carbonio chiamato IC-SAM. Quindi ha protetto il fianco opposto  con un altro strato tampone, a base di fullerene (C70).

Le nuove celle solari trasparenti così sintetizzate hanno dato ottimi risultati. Durante i test, con diverse intensità di luce solare simulata – da un sole fino a 27 soli e temperature di 150 gradi Fahrenheit – le prestazioni si sono mantenute costanti. E le estrapolazioni hanno calcolato che l’efficienza rimarrebbe sopra l’80% di quella iniziale anche dopo 30 anni. Lato modulo, inece, il team ha portato la trasparenza al 40%, sicuro di potersi avvicinare ad un 60%. E di elevare a resa sopra il 15%.

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