Cristalli fotonici per dire addio agli specchi solari

Arriva dai laboratori del MIT l’ultima novità per migliorare l’efficienza dei dispositivi termofotovoltaici

(Rinnovabili.it) – Tra le opzioni create dalla scienza per produrre elettricità dal sole hanno fatto capolino, fin dal 1950, le celle termofotovoltaiche (TPV), dispositivi in grado di convertire in energia elettrica la radiazione emessa da una sorgente di calore con temperature molto inferiori a quelle del Sole. Ora, i ricercatori del MIT hanno trovato un modo per utilizzare tali celle senza l’impiego di specchi che concentrino la sorgente luminosa, rendendo il sistema, potenzialmente, molto più semplice e meno costoso. Il segreto è quello di evitare che il calore fuoriesca del materiale termoelettrico, soluzione che il team del MIT ha ottenuto utilizzando un cristallo fotonico; si tratta di una nanostruttura dove l’indice di rifrazione ha una modulazione periodica su scale comparabili alla lunghezza d’onda della luce, sostanzialmente una serie di fori microscopici distanziati con precisione sullo strato superiore del materiale.

L’approccio imita l’effetto serra terrestre: la radiazione infrarossa può entrare nel circuito attraverso i fori sulla superficie, ma i raggi riflessi vengono bloccati quando cercano di scappare. Questo isolamento si ottiene attraversa una geometria precisa che consente solo i quei raggi, che cadono in un piccolo intervallo di angoli, di fuggire, mentre il resto rimanere all’interno del materiale. Il nuovo dispositivo è stato descritto in un articolo dal Laboratorio di Ricerca di Elettronica ricercatore Peter Bermel e altri ricercatori del MIT, e pubblicato sulla rivista Nanoscale Research Letters . “Concentrando i raggi solari con specchi parabolici o con un’ampia gamma di specchi piani, è possibile raggiungere temperature molto più elevate – ma a spese di un sistema molto più grande e più complesso. Quello che stiamo cercando di ottenere è un’alternativa a questo paradigma”, spiega Bermel. Grazie ai cristalli fotonici, infatti, il dispositivo può assorbire la stesa quantità di calore che catturerebbe un oggetto nero ma senza re-irradiarlo. Tale sistema, “su larga scala, è abbastanza efficace per competere con le forme energetiche più tradizionali. Inoltre, è semplice da produrre al contrario degli specchi utilizzati negli impianti solari a concentrazione”. Il passo successivo nella ricerca, sarà quello di testare diversi materiali in questa configurazione per trovare quelli con il grado più alto di efficienza.