Per decenni la tecnologia solare e le sue applicazioni dipendevano dalle celle fotovoltaiche sensitivizzate da coloranti (DSSC). Per simulare l’assorbimento naturale della luce durante la fotosintesi, le Dssc usano un colorante fotoattivo che assorbe i fotoni e usa la loro energia per eccitare gli elettroni, che sono poi trasferiti in uno strato nanocristallino di biossido di titanio. Benché questo processo funzioni bene, il processo ad alta temperatura necessario per il titanio non è compatibile con i metodi di fabbricazione a basso costo – un ostacolo per la produzione di massa dei pannelli solari e quindi una barriera al maggiore utilizzo dell’energia solare.
Anziché accontentarsi dello status quo, il progetto Nanomatcell, finanziato dall’UE, ha deciso di trovare una soluzione per dare un forte impulso al settore dell’energia solare.
ADDIO TITANIO. I ricercatori di Nanomatcell si sono concentrati sull’utilizzo del titanio, con l’intento di sostituirlo con nuovi materiali e tecnologie innovative per produrre celle solari ad alta efficienza. Riunendo esperti dei campi della scienza dei materiali, della chimica, della passivazione della superficie e della fisica, il team si è proposto di sfruttare meglio lo spettro solare inventando nuovi materiali che permettono di produrre celle solari con efficienza di conversione di potenza elevata e nuovi semiconduttori pancromatici basati su composti e processi ecocompatibili.
Raggiungere questi obiettivi non è stato facile, in quanto si è dovuto sviluppare una serie di nuove strategie e componenti. Ad esempio, il team ha prima dovuto sviluppare nuove strategie per la sintesi, la crescita e il drogaggio dei nanocristalli semiconduttori e nanofili. Dal momento che i coloranti hanno un ruolo importante nelle Dssc, i ricercatori hanno dovuto anche creare nuovi coloranti capaci di sfruttare in pieno una porzione più ampia dello spettro – ovvero nuovi coloranti per un maggiore assorbimento nell’intervallo del vicino infrarosso.
UN MAGGIORE ASSORBIMENTO DA PARTE DEL MERCATO. Questo per quanto riguarda le Dssc, ma vi era anche la sfida di cosa fare con la luce una volta assorbita. Anche qui i ricercatori hanno compiuto notevoli progressi migliorando l’efficienza globale delle celle solari. Infatti, il progetto Nanomatcell ha prodotto una serie di celle solari basate su assorbitori pancromatici inorganici e ibridi – le quali hanno tutte dimostrato migliori prestazioni e la possibilità di essere ulteriormente ottimizzate.
Grazie ai nuovi metodi di produzione sviluppati dal progetto, con alcune celle solari sono state raggiunte efficienze straordinarie, maggiori di oltre il 15%. In altri termini, Nanomatcell ha fatto avanzare lo stato delle Dssc, innalzando il loro livello di efficienza in modo da consentirne un diffuso assorbimento da parte del mercato.
IMPATTO IN CORSO. Benché il progetto si sia concluso, il suo impatto continua. Secondo una ricerca pubblicata recentemente sulla rivista Nature Communications, si sta lavorando a un nuovo fotorivelatore ibrido che incorpora sia grafene che punti quantici. La combinazione di queste due tecnologie dei materiali potrebbe condurre a dispositivi veloci, efficienti ed economici, capaci di rilevamenti nelle regioni dello spettro visibile, vicino infrarosso e onde corte (Swir) a una lunghezza d’onda di circa 3 µm.
I ricercatori ritengono che questo nuovo approccio sia compatibile con il processo di fabbricazione del silicio Cmos ad alto volume, nonché con le emergenti piattaforme elettroniche flessibili. Dato che l’attuale fotorilevamento ad alta efficienza nella regione Swir oltre 1 µm si basa di solito su dispositivi relativamente costosi, questo risultato rompe con l’approccio tradizionale della tecnologia delle celle solari – con il vantaggio di riuscire a ridurre i costi.
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