Messo a punto un nuovo sistema di raccolta dell’energia solare, con altissimo rendimento

Dei ricercatori della Julius-Maximilians-Universität (JMU) di Würzburg, in Germania, hanno progettato un nuovo sistema di raccolta della luce  solare più efficiente l’energia perché assorbe l’intero spettro della luce visibile. Testato in un ambiente di ricerca, il loro sistema ha convertito il 38% della luce incidente in fluorescenza, un salto significativo rispetto agli altri sistemi attuali. Attualmente il record è di sistemi che combinano celle a silicio cristallino e pervskite con un rendimento del 31%.

Tecnologie come l’energia solare sono fondamentali nel nostro tentativo di allontanarci dai combustibili fossili. Sebbene l’energia solare stia guadagnando terreno a livello globale in termini di installazioni, la tecnologia ha un ampio margine di miglioramento in termini di efficienza energetica. L’innovazione è stata pubblicata sulla rivista Chem.

Mentre la maggior parte di questi approcci si è concentrata sul materiale utilizzato per realizzare la cella solare, i ricercatori della JMU hanno esaminato il problema da un’altra angolazione: come viene raccolta la luce nelle celle solari.

Problemi con i sistemi di raccolta della luce

I sistemi di raccolta della luce utilizzati nelle celle solari disponibili in commercio non sono molto efficienti.

Sono realizzati con materiali semiconduttori inorganici come il silicio e, sebbene siano pancromatici e in grado di assorbire l’intero spettro della luce visibile, la loro assorbenza è molto bassa.

Per questo motivo, le celle solari hanno bisogno di strati di silicio spessi per assorbire più luce, rendendole però pesanti.

I ricercatori si sono ispirati ai sistemi presenti in natura, come le piante e i batteri, che possono utilizzare un ampio spettro di luce per la fotosintesi.

Spiegazione del nuovo sistema di raccolta della luce solare

Questo si ottiene utilizzando coloranti organici, che sono molto più sottili e leggeri. Quando vengono utilizzati da soli, i coloranti organici non assorbono la luce in un’ampia gamma spettrale.

I ricercatori hanno quindi cercato di replicare la complessa disposizione dei coloranti nei sistemi presenti in natura per sviluppare un nuovo sistema di raccolta della luce altamente efficiente.

I ricercatori della JMU hanno progettato un recettore per la raccolta della luce utilizzando quattro diversi coloranti merocianina. Questi coloranti sono stati sovrapposti uno sull’altro in modo sofisticato, consentendo una cattura efficiente e rapida.

Il prototipo di sistema di raccolta della luce è stato chiamato URPB, in base alle lunghezze d’onda che i quattro componenti del colorante possono assorbire: U per l’ultravioletto, R per il rosso, P per il viola e B per il blu.

Per determinare l’efficacia del sistema di raccolta della luce, i ricercatori hanno misurato la sua resa quantica di fluorescenza – la quantità di energia che il sistema emette sotto forma di fluorescenza, si legge nel comunicato stampa.

Il team ha scoperto che nella loro disposizione speciale, i quattro coloranti hanno generato energia dal 38 percento della luce incidente . In confronto, quando erano posizionati singolarmente, ogni colorante poteva convertire solo il tre per cento della luce in fluorescenza, mostrando la differenza significativa che fa la disposizione spaziale dei coloranti.

“Il nostro sistema ha una struttura a bande simile a quella dei semiconduttori inorganici. Ciò significa che assorbe in modo pancromatico nell’intera gamma visibile”, ha detto Frank Würthner, professore di chimica alla JMU. “E utilizza gli elevati coefficienti di assorbimento dei coloranti organici. Ciò significa che, in modo simile ai sistemi naturali di raccolta della luce, può assorbire molta energia luminosa in uno strato relativamente sottile”.