Le ultime novità in materia di fotovoltaico da interni
Grazie alla rapida crescita di tecnologie come l’Internet delle Cose (Internet of Things – IoT), i pannelli fotovoltaici da interno stanno ricevendo un’attenzione sempre maggiore dal mondo della ricerca e da quello industriale. Tuttavia, sebbene non costituiscano più una novità – basti pensare alle vecchie calcolatrici solari – il loro segmento di mercato è ancora molto ridotto. Il problema? A seconda del semiconduttore dominante le celle solari indoor possono presentare diversi svantaggi. Dalla scarsa stabilità, alla tossicità fino alla fotodegradazione.
Per superare questi limiti sono nati negli ultimi anni diversi approcci. L’ultimo in ordine di tempo quello di un gruppo di chimici della Kaunas University of Technology (KTU), in Lituania, che ha sintetizzato nuovi materiali in grado di migliorare le prestazioni del fotovoltaico da interni.
Pannelli fotovoltaici da interno, come funzionano?
I pannelli solari da interno sono in grado di generare elettricità anche in condizioni di bassa intensità luminosa, con prestazioni decisamente migliori del classico fv in silicio cristallino. Per la loro realizzazione ci si affida oggi alle celle solari di terza generazione elaborate in soluzione, tra cui quelle in silicio amorfo, quelle sensibilizzate a colorante (DSSC), quelle organiche, quelle a punti quantici e quelle in perovskite.
Generalmente l’area attiva è di soli pochi centimetri quadrati e funziona con un’intensità di luce incidente bassa tra 0,1–10 W/m2 principalmente nella regione visibile, propria della radiazione solare diffusa nell’ambiente interno e con fonti di luce artificiale come lampadine a incandescenza, lampade fluorescenti compatte e diodi a emissione di luce bianca (LED). A titolo di confronto il fotovoltaico classico per funzionare ha bisogno di 1 kW/m2.
Fotovoltaico indoor, elevata efficienza teorica
Uno dei grandi vantaggi di questa tecnologia è l’efficienza. Per le celle solari da interno possono é stata calcolata, infatti, un’efficienza teorica massima del 51-57% per un dispositivo a giunzione singola sotto varie fonti di luce artificiale. Nella pratica il risultato migliore è stato raggiunto con alcune celle fotovoltaiche al fosfuro di gallio e indio che hanno mostrato in laboratorio un’efficienza di conversione di quasi il 40%.
Allo stato attuale però la tecnologia deve ancora affrontare diversi nodi tecnici prima di uscire dalla propria, piccolizzima nicchia di mercato.
Le celle solari in perovskite da interno
Un aiuto in questo senso arriva dalla nuova ricerca condotta presso la Facoltà di tecnologia chimica della Kaunas University of Technology (KTU), in Lituania. Qui un gruppo di scienziati ha sintetizzato nuovi materiali selettivi per i trasportatori di carica in grado di migliorare le prestazioni dei pannelli fotovoltaici indoor.
La ricerca si è concentrata su una tecnologia fotovoltaica in particolare: le celle solari in perovskite a banda larga. Queste unità hanno mostrato di saper sfruttare l’energia dell’illuminazione artificiale con efficienza, come spiega la dott.ssa Asta Dabulienė, ricercatrice della KTU. “Le celle fotovoltaiche in perovskite per uso interno possono essere integrate in telefoni cellulari, torce tascabili e altri dispositivi elettronici; possono generare elettricità sotto luce artificiale. Utilizzando le tecnologie Internet of Things (IoT), questa elettricità può essere utilizzata per regolare in modo efficiente il funzionamento dei dispositivi e ottimizzare il consumo energetico”, afferma Dabulienė.
La dott.ssa ha sintetizzato una serie di nuovi derivati basati sul tiazol[5,4-d]tiazolo ed efficienti per il trasporto delle buche (portatori di carica positiva) nelle celle fotovoltaiche in perovskite indoor. La funzione principale del materiale è quella di trasportare selettivamente le buche bloccando al contempo gli elettroni (portatori di carica negativa). Aiutando così a ridurre le perdite di ricombinazione, e migliorando l’efficienza complessiva del dispositivo.
Il risultato la cella fotovoltaica da interno creata dal team di chimici ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 37,0% con illuminazione LED da 3000 K. La ricerca è stata pubblicata su ACS Applied Materials & Interfaces (testo in inglese).
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