Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un nuovo convertitore spettrale solare utilizzando un materiale vetroceramico. Lo strato assorbe i fotoni UV della radiazione solare e li ri-emette come luce visibile
Una spinta (protettiva) per le prestazioni delle celle solari in perovskite
(Rinnovabili.it) – Un nuovo convertitore spettrale trasparente alla luce visibile per aumentare le prestazioni delle celle solari. A realizzarlo un gruppo di scienziati della Shanghai University of Engineering Science che oggi spiegano la loro innovazione sul Journal of Photonics for Energy (testo). I ricercatori Pei Song, Chaomin Zhang e Pengfei Zhu stavano cercando un materiale capace di convertire i fotoni nella gamma di frequenze degli ultravioletti in fotoni della luce visibile. Avendo in mente due precise applicazioni finali: il fotovoltaico in perovskite e quello in carburo di silicio amorfo idrogenato (a-SiC:H). In entrambi i casi la radiazione ultravioletta presenta un problema: il primo è generalmente vulnerabile alla fotodegradazione dovuta all’esposizione alla luce UV ad alta intensità, il secondo è più efficiente nell’assorbire la parte visibile dello spettro, “sprecando” di fatto gli UV.
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Pescando tra le Terre Rare
Song e Colleghi hanno cercato di risolvere il problema sintetizzando un elemento vetroceramico completamente trasparente da applicare alle celle che convertisse i fotoni dei raggi ultravioletti in fotoni dello spettro visibile. Il materiale in questione appartiene ai cosiddetti ortofosfati Lantanoidi, una classe speciale di molecole che emettono luce e che hanno già trovato un’ampia gamma di applicazioni in dispositivi di visualizzazione ad alta risoluzione. Per la precisione, il team di ingegneri ha impiegato ortofosfato di gadolino (GdPO4), drogato con con praseodimio (Pr) ed europio (Eu).
Come questo materiale può aiutare le prestazioni delle celle solari? Sulla carta la spiegazione è semplice. Quando un fotone ultravioletto colpisce uno ione Pr3+, genera uno stato elettronico eccitato. Questa energia accumulata ha un’alta probabilità di essere trasferita a uno ione Gd3+, che ne rilascia una parte prima di trasferire il resto a uno ione Eu3+. Di conseguenza, gli stati elettronici eccitati nello ione Eu3+ subiscono una transizione verso stati di energia inferiore, emettendo luce visibile.
“Al giorno d’oggi, le stazioni spaziali in via di sviluppo richiedono maggiore supporto energetico e necessitano di celle fotovoltaiche ad alte prestazioni“, spiega Song su SPIE. “Coprendo il lato superiore di una cella con il materiale di conversione spettrale proposto e utilizzando un’adeguata tecnologia di incapsulamento e sigillatura, possiamo garantire livelli di umidità molto bassi e un efficiente riciclo degli UV. Inoltre, i materiali vetroceramici hanno una struttura dura, quindi possono proteggere i pannelli solari dall’essere colpiti da minuscoli detriti fluttuanti nello spazio”.
