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Celle solari ad alta efficienza a base di plastica

Con un’innovazione che potrebbe accelerare l’uso commerciale dell’energia solare, gli scienziati finanziati dall’UE hanno sviluppato celle solari di Grätzel altamente efficienti e in grado di competere con i dispositivi fotovoltaici convenzionali, grazie all’utilizzo di strutture fotoniche flessibili.
Celle solari ad alta efficienza a base di plastica
Le celle solari di Grätzel (dye-sensitized solar cells, DSSC) rappresentano una promettente fonte di energia pulita, offrendo la possibilità di efficienze di conversione a basso costo e potenza elevata, anche in condizioni di luce artificiale e con tempo atmosferico nuvoloso. Tuttavia, è difficile produrre celle DSSC con elevata efficienza di conversione dell’energia ed elevata trasparenza allo stesso tempo. Tale aspetto limita il loro uso nel fotovoltaico integrato a costruzioni e veicoli.

Nell’ambito del progetto INPHOFLEX (Integration of photonic nanostructures in flexible dye solar cells), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno trovato un modo per aggirare questo compromesso efficienza-trasparenza utilizzando nuove nanostrutture fotoniche.

Mediante la compressione fisica, il team ha in primisprodotto una cella DSSC su un substrato di plastica, raggiungendo un tasso di efficienza energetica del 6,4 %. Successivamente sono stati effettuati esperimenti circa la preparazione di reticoli ottici multistrato con picchi di intensa riflessione ottica ben definiti, alle gamme spettrali desiderate. Sono stati sviluppati nuovi metodi per depositare direttamente cristalli fotonici su anodi fotosensibilizzati a base di diossido di titanio, come riflettori posteriori. La risposta spettrale dei cristalli fotonici è stata accuratamente regolata su gamme differenti per coprire la regione blu, verde e rossa della luce visibile.

I risultati hanno dimostrato che le celle DSSC flessibili con cristalli fotonici integrati hanno dato prova di migliore densità di corrente di corto circuito ed efficienza di conversione dell’energia superiore rispetto alle celle di dimensioni simili, prive di cristallo fotonico. Anche dopo la piegatura degli specchi posteriori, è stata mantenuta l’iniziale efficienza delle celle solari.

Per ottimizzare ulteriormente il design delle celle DSSC a base di plastica, gli scienziati hanno introdotto diffusori di luce con distribuzione casuale all’interno della cella, per rinforzare l’assorbimento della luce. Inoltre, è stato aggiunto uno strato di adesione all’elettrodo per migliorare la raccolta di carica.

Il progetto INPHOFLEX ha dimostrato che è possibile ottenere celle DSSC flessibili, leggere, con colore regolabile, aventi migliore efficienza e trasparenza. Tali celle solari offrono una grande promessa per l’uso in applicazioni esterne, come per esempio il fotovoltaico integrato negli edifici e i dispositivi portatili ricaricabili, entrambi prossimi a una crescita significativa nei prossimi anni.

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Argomenti

Life Sciences

Keywords

Celle solari di Grätzel, efficienza di conversione, fotovoltaico integrato, INPHOFLEX, cristalli fotonici