Energia solare per l’ambiente antropizzato
Sfruttare le radiazioni del Sole per produrre elettricità è un modo estremamente sostenibile per fornire energia alle attività umane. La tecnologia che concentra l’energia solare è in grado di aumentare significativamente l’efficienza. Gli LSC potrebbero ridurre significativamente i costi in confronto ai dispositivi su grandi superfici basati sul silicio e presentano il beneficio di assorbire sia la radiazione solare diretta che quella diffusa, non richiedendo quindi l’inseguimento solare. Tuttavia, la bassa efficienza degli LSC rappresenta un ostacolo alla commercializzazione di questa tecnologia. Gli scienziati hanno iniziato il progetto SOLAR-PLUS (Maximizing the efficiency of luminescent solar concentrators by implanting resonant plasmonic nanostructures (SOLAR-PLUS)) per affrontare questo problema combinando attività teoriche, di modellazione e sperimentali. Un risultato del progetto è stata la fabbricazione di un LSC che utilizza silicio e che assorbe la luce del Sole per poi essere fluorescente, creando un bagliore che si propaga alle celle solari. Gli scienziati hanno immerso delle nanoparticelle metalliche in uno strato sottile di fluorofori per creare la risonanza plasmonica di superficie e incrementare così l’efficienza di conversione dell’energia degli LSC, che attualmente non riesce a superare l’8 %. Il team ha ideato il primo metodo sperimentale in assoluto per determinare simultaneamente l’efficienza ottica e i meccanismi di perdita negli LSC, quali ad esempio perdite per riassorbimento, perdite causate dal cono di fuga e perdite della resa quantica. Inoltre è stato progettato un modello ibrido che combina metodi di simulazione su scala nanoscopica con metodi Monte Carlo per seguire il cammino, consentendo in tal modo la simulazione di LSC su grande scala che contengono nanostrutture. I risultati mostrano che l’assorbimento metallico causa notevoli perdite ottiche che limitano l’applicabilità della plasmonica per gli LSC. Altre attività di simulazione hanno incluso la descrizione accurata di allineamento e collegamento dei fluorofori, e il meccanismo del trasferimento di energia per risonanza FRET (Förster resonance energy transfer). L’allineamento omeotropico migliorava l’efficienza dell’assorbimento della luce, mentre il collegamento induceva il FRET tra i fluorofori per aggirare l’assorbimento ridotto dell’allineamento omeotropico. I risultati mostrato che sia l’allineamento dei fluorofori che il FRET aumentano l’efficienza di conversione degli LSC. Come dimostrazione della validità del concetto, gli scienziati hanno sviluppato un LSC con punti quantici collegati a molecole di colorante organico, dimostrando che i punti quantici mostrano un’elevata resa quantica dovuta all’alta efficienza del meccanismo FRET. Ottimizzare l’efficienza della conversione dell’energia riducendo allo stesso tempo il costo degli LSC incoraggerà un’adozione diffusa e aiuterà l’UE a limitare la sua dipendenza dai combustibili fossili. Il prototipo di LSC flessibile di SOLAR-PLUS può indicare la strada per integrare gli LSC nell’ambiente antropizzato.
Parole chiave
Energia solare, concentratore solare luminescente, SOLAR-PLUS, plasmonico, nanoparticelle metalliche
