Fotovoltaico trasparente, vita più lunga con la “protezione solare”

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Realizzato un nuovo design solare con un buon grado di trasparenza, che potrebbe coniugare alta efficienza di conversione con una vita trentennale.

Un innovativo fotovoltaico trasparente per finestre che generano energia.

(Rinnovabili.it) – Da sempre la ricerca solare ha seguito tre direttive: aumentare l’efficienza tecnologica, abbassarne i costi e migliorarne l’integrazione, soprattutto a livello edilizio. Da quest’ultima esigenza sono nati negli anni diversi progetti dedicati al cosiddetto “fotovoltaico trasparente”. Di cosa si tratta? Di celle solari capaci di trovare un equilibrio tra la necessità di produrre energia e quella di non ostacolare il passaggio della luce. Ottenere un simile compromesso potrebbe aprire le porte ad un futuro di centrali elettriche invisibili e perfettamente integrate nell’ambiente costruito; prodotti in grado di far crescere la capacità energetica verde senza consumare suolo.

In questo contesto una delle soluzioni più promettenti è legata all’uso di semiconduttori solari organici o a base di carbonio. In confronto al silicio, materiale numero uno del fotovoltaico commerciale, l’opzione organica offre diversi gradi di trasparenza e un costo di produzione notevolmente ridotto. Non solo. Può risparmiare fino al 90 per cento in peso di materiale rispetto la controparte inorganica. Tuttavia questo segmento fotovoltaico si scontra ancora oggi con un sensibile problema pratico: la durata.

Ora una nuova ricerca dell’Università del Michigan ha messo a punto un design cellulare in grado di offrire elevate efficienze con una vita massima di 30 anni.

 “Il solare è la forma di energia più economica che l’umanità abbia mai prodotto dalla rivoluzione industriale”, spiega Stephen Forrest, professore di ingegneria elettrica presso l’ateneo statunitense e capo della ricerca. “Impiegando il fotovoltaico trasparente sulle finestre, trasformeresti il duo edifico in una centrale elettrica”. La sfida raccolta dal team di Forrest era è stata trovare un modo con cui impedire la rapida degradazione dei materiali organici fotoattivi.

Generalmente la forza e la debolezza di questi composti risiede nelle molecole che trasferiscono gli elettroni fotogenerati agli elettrodi, i punti di ingresso al circuito elettrico. I migliori dal punto di vista fotovoltaico sono gli “accettori non fullerenici” (così chiamati per distinguerli dai più robusti ma meno efficienti “accettori di fullereni”); in particolare quelli contenti zolfo possono raggiungere efficienze intorno al 18%, pari a quelle del silicio.

“Gli accettori non fullerenici determinano  una resa molto elevata, ma contengono legami deboli che si dissociano facilmente sotto fotoni ad alta energia, in particolare i fotoni ultravioletti”, ha affermato Yongxi Li, ricercatore e primo autore dell’articolo su Nature Communications .

Studiando la natura del degrado in questa tecnologia, il team ha capito come risolvere il problema in poche mosse. Per prima cosa ha bloccato la luce UV aggiungendo uno strato di ossido di zinco, un comune ingrediente delle creme di protezione solare. Sfortunatamente, questo elemento mette a rischio la già fragile struttura dell’assorbitore organico. Ecco perché gli scienziati hanno inserito anche due strati tampone su entrambe le facce del materiale organico, uno a base di carbonio chiamato IC-SAM e uno 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 di funzionamento. Lato modulo, invece, il team ha portato la trasparenza del fotovoltaico al 40%, sicuro di potersi avvicinare ad un 60%. E di elevare la resa sopra il 15%. Inoltre, dal momento che i materiali possono essere preparati come “semplici” liquidi, i costi di produzione dovrebbero essere relativamente bassi.

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