La tecnologia ibrida delle celle solari sfrutta sia il calore che la luce del Sole
I materiali assorbenti sono dei componenti chiave per le applicazioni fotovoltaiche. Per ottenere celle solari efficienti, la luce deve essere raccolta e convertita in elettricità da tutte le parti dello spettro elettromagnetico. Tuttavia, non esistono sostanze sensibilizzanti note aventi tale capacità. Il progetto project GLOBASOL (Global solar spectrum harvesting through highly efficient photovoltaic and thermoelectric integrated cells), finanziato dall’UE, potrebbe aver trovato un modo per aggirare questo problema, mettendo in sinergia avanzati concetti di gestione della luce e nuovi materiali attivi a livello ottico che raccolgono lo spettro di quasi tutta la radiazione solare. I ricercatori hanno sviluppato celle solari mesoscopiche sensibilizzate (sensitised mesoscopic solar cells, SMSC) utilizzando coloranti organici e organometallici pancromatici assieme a elettroliti quasi-solidi che raccolgono le radiazioni con lunghezza d’onda fino a 750 nm. Le radiazioni nella gamma compresa tra 750 e 1 100 nm sono state raccolte da SMSC usando i punti quantici. Delle strutture rivoluzionarie della banda fotonica proibita amplificano l’assorbimento di fotoni rossi e vicini all’infrarosso da parte delle SMSC. Essendo inoltre trasparenti ai fotoni a energia inferiore, questi sistemi possono essere usati come celle superiori in disposizioni tandem per raccogliere una grande frazione dell’emissione solare. Le radiazioni a lunghezza d’onda lunga (oltre i 1 100 nm) erano sfruttate da dispositivi termoelettrici. GLOBASOL ha sviluppato nuovi materiali basati su punti quantici assemblati, nanotubi o leghe bulk, con elevate figure di merito nell’intervallo di temperature compreso tra 500 e 700 Kelvin. Gli scienziati hanno usato architetture tandem delle celle e dispositivi ottici idonei – lenti di concentrazione o specchi – per separare in maniera efficiente le lunghezze d’onda della luce e aumentare le prestazioni del dispositivo termoelettrico. Un importante scoperta del progetto riguarda lo sviluppo di celle solari ibride a stato solido con elevata efficienza, a base di assorbitori con l’organometallo trialogenuro perovskite. Semplicemente mescolando sali di ioduro di piombo e ioduro di metilammonio in soluzione, il materiale forma naturalmente dei cristalli simmetrici, la cui struttura contribuisce a ottenere cariche elettriche libere una volta che questi vengono eccitati dalla luce solare. Tali cristalli sono considerati l’ondata futura di materiali che aumenterà l’efficienza di conversione dell’energia oltre il 17 %. L’integrazione di SMSC e celle termoelettriche è stata eseguita con cura al fine di mantenere le elevate prestazioni delle celle separate. L’efficienza di conversione di sistema complessiva relativa al dispositivo ha superato il 28 %, ben oltre lo stato dell’arte.
Parole chiave
Cella solare ibrida, fotovoltaico, termoelettricità, perovskiti, GLOBASOL, dispositivo termoelettrico
