Le celle solari a colorante organico potrebbero rivoluzionare l’energia solare
Le celle solari semitrasparenti offrono la possibilità di integrare la raccolta di energia nelle superfici di edifici e veicoli. Negli ultimi anni sono emerse diverse nuove tecnologie, anche se la maggior parte di esse ha livelli di trasparenza fissi e non può adattarsi a condizioni atmosferiche e di luce solare variabili. Le celle solari a colorante organico (DSSC, Dye-Sensitised Solar Cells) sono una soluzione promettente, economica e autoregolabile che potrebbe estendere ulteriormente l’impronta dell’energia solare in Europa. «Le celle solari solari a colorante organico possono essere semitrasparenti e venire fabbricate in un’ampia gamma di colori, il che conferisce loro una versatilità estetica e le rende particolarmente interessanti per il fotovoltaico integrato negli edifici, ad esempio nelle finestre e nelle facciate», spiega Renaud Demadrille(si apre in una nuova finestra), direttore della ricerca e responsabile di team presso la Commissione per le energie atomiche e alternative(si apre in una nuova finestra) (CEA) in Francia. Nel corso del progetto PISCO, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), Demadrille e il suo team si sono basati su una precedente proposta innovativa per combinare i concetti di fotocromismo e fotovoltaico, creando la prima cella solare semitrasparente efficiente in grado di sintonizzarsi otticamente con luce e condizioni atmosferiche diverse. Durante PISCO, tale concetto è stato sviluppato ulteriormente ed è stata creata una nuova classe di celle solari che incorporano queste due proprietà. «Il nostro lavoro ha dimostrato che i due fenomeni apparentemente incompatibili, il fotocromismo e il fotovoltaico, possono essere combinati in un unico dispositivo usando un solo tipo di molecola», spiega Demadrille.
Celle solari solari a colorante organico autoregolabili
Le DSSC sono dispositivi relativamente semplici che consistono in un semiconduttore stratificato in grado di adsorbire il colorante e di condurre a un elettrodo gli elettroni generati dal sole. Il colorante aumenta la sensibilità alla luce solare e trasferisce elettroni al semiconduttore. Il terzo componente, un elettrolita, rigenera il colorante e completa il circuito. L’intero sistema è racchiuso tra due elettrodi conduttori trasparenti. Grazie a PISCO è stata sviluppata questa tecnologia con l’obiettivo di integrarla su larga scala negli edifici, nei trasporti e nell’agrovoltaico, sfruttando la sua trasparenza variabile e autoadattativa. «È stato dimostrato che queste cellule hanno la capacità di modulare l’assorbimento della luce e il proprio inscurimento in risposta a intensità luminose più alte, aumentando così la produzione di elettricità, senza alcuna manipolazione esterna», spiega Demadrille.
Una nuova classe di fotovoltaico
Uno dei risultati più significativi del progetto è lo sviluppo di una nuova classe di dispositivi fotovoltaici autoregolabili. «Ingegnerizzando i nuovi coloranti fotocromatici a livello molecolare, abbiamo creato celle solari trasparenti con processi di colorazione e decolorazione rapidi e un indice di resa cromatica elevato», aggiunge Demadrille. «Questo risultato offre un buon comfort visivo per gli utenti e contemporaneamente consente la produzione di energia elettrica.» Il lavoro ha anche permesso di fare progressi nel campo delle DSSC nel suo complesso, poiché ha usato anche tecniche di apprendimento automatico per accelerare lo sviluppo di nuovi elettroliti per le celle. «Questo approccio può essere applicato ad altri settori, come gli elettroliti delle batterie», osserva Demadrille.
Riciclo per espandere l’integrazione delle DSSC
Le DSSC hanno già una limitata diffusione in ambienti reali, ad esempio nel Centro conferenze SwissTech(si apre in una nuova finestra) del Politecnico federale di Losanna (EPFL), anche se alcuni problemi di efficienza e stabilità ne limitano l’adozione. Anche i costi di produzione rimangono elevati, ma il riciclo potrebbe contribuire a ridurli. «Nel corso di PISCO abbiamo anche sviluppato metodi di riciclo per queste cellule, con risultati promettenti che prevediamo di condividere nel 2026», afferma Demadrille. «Attuare una strategia di riciclo contribuirà a ridurre sia il costo che l’impronta di carbonio di questa tecnologia.»
