Celle solari e infrarosso, come migliorare la conversione
(Rinnovabili.it) – Passi avanti verso nuove celle solari capaci di lavorare anche nello spettro dell’infrarosso. A compierli è il Politecnico di Torino all’interno del progetto PAIDEIA, acronimo complesso di PlAsmon InduceD hot Electron extraction with doped semiconductors for Infrared solAr energy. L’iniziativa, finanziata dall’Unione Europea con 1,8 milioni di euro, mira a migliorare la resa dei dispositivi fotovoltaici sfruttando l’estrazione di elettroni “caldi” indotta da plasmoni. Per capire di cosa si tratti è necessario fare qualche passo indietro.
I limiti del silicio e il ruolo dei plasmoni
Le celle solari in silicio che oggi dominano il mercato, hanno precisi limiti di efficienza. Tali limiti dipendono soprattutto dalla capacità di tale semiconduttore di assorbire solo determinate lunghe d’onda della luce visibile. La luce infrarossa – che rappresenta circa metà dell’energia solare che raggiunge la superficie terrestre – passa attraverso il silicio senza essere convertita in elettricità.
Tra i metodi per superare tale ostacolo c’è l’impiego di materiali che possiedono una risposta plasmonica alla luce. Dove per “plasmoni” si intendono oscillazioni collettive degli elettroni liberi nel reticolo del materiale. Il team, su idea del ricercatore Francesco Scotognella del DISAT del Politecnico, sta sviluppando nuovi nanocristalli a semiconduttore drogati che possiedono per l’appunto una risposta plasmonica regolabile nell’intervallo dell’infrarosso da 800 nm a 4.000 nm. Cosa succede quando la luce eccita questi nanomateriali? Che vengono generati elettroni caldi, dotati di un’energia cinetica più elevata, e che questi vengono trasmessi ai vicini semiconduttori.
Il dispositivo PAIDEIA
Gli scienziati intendono produrre così un dispositivo solare nell’infrarosso che mostri un’efficienza del 10%, da combinare con una cella solare in silicio commerciale per portare la conversione finale luce-elettricità a quota 30%. Se invece di una unità commerciale si utilizzassero celle fotovoltaiche tandem perovskite/silicio, che mostra efficienze fino al 33,7%, l’efficienza totale potrebbe arrivare al 43,7%. “In generale – si legge nella nota stampa del PoliTo – il dispositivo di PAIDEIA fornisce in tutti i casi un contributo aggiuntivo andando ad assorbire radiazione solare in una regione complementare rispetto alle celle di silicio o perovskite”.
“Il progetto PAIDEIA farà luce su un processo fondamentale per ampliare l’assorbimento del Sole, la nostra più grande centrale elettrica – spiega Francesco Scotognella – E la ricerca non si ferma qui. Collegati a questo progetto ci sono altri lavori come l’ERC PoC TCOtronics, che propone conduttivi e filtri ottici, a base dei già menzionati nanomateriali che assorbono nell’infrarosso, a basso costo. Poi il progetto PRIN ERACLITO vuole sfruttare nanomateriali simili per filtri ottici con proprietà variabili on demand applicando una piccola tensione elettrica. Infine, il progetto PRIN ARCO, coordinato da CNR Genova con il sottoscritto come co-Principal Investigator, intende sfruttare i filtri ottici con proprietà variabili per costruire pannelli raffreddanti che possano aiutare gli edifici a raffrescarsi in estate e riscaldarsi in inverno”.