Fotovoltaico: celle solari più efficienti con le nanostrutture plasmoniche

La “plasmonica” potrebbe rivoluzionare il settore dell’energia solare: a dirlo sono i ricercatori della Pennsylvania University, che studiano le nanostrutture plasmoniche applicate alla produzione di elettricità da fotovoltaico.

Le nanoparticelle plasmoniche possono migliorare l’efficienza della cella evitando la dispersione di luce in modo molto più massiccio di quanto non faccia la foto-eccitazione delle celle. Il gruppo del professor Dawn Bonnell, riprendendo uno studio teorico del 2010, ha dimostrato di aver trovato un modo per raccogliere l’energia solare grazie a queste nano particelle con un efficienza pari a 10 volte la foto-eccitazione convenzionale.

Quando i fotoni colpiscono una cella solare, l’energia viene assorbita da un semiconduttore “drogato”, come ad esempio il silicio policristallino: ai semiconduttori vengono aggiunte piccole percentuali di atomi diversi che ne aumentano le proprietà di conduzione, processo conosciuto appunto come “drogaggio”. Se l’energia assorbita supera una soglia specifica, detta “gap”, gli elettroni vengono liberati e possono essere utilizzati per generare elettricità.

In questo procedimento però, una parte di energia viene comunque dispersa. Non è facile massimizzare la soglia di gap perché ogni fotone trasporta una quantità di energia diversa: i fotoni infrarossi, ad esempio, hanno una quantità di energia insufficiente per liberare gli elettroni, i fotoni rossi ne hanno a sufficienza per un singolo elettrone, mentre i fotoni blu ne hanno abbastanza da liberarli. Una parte di energia, nel caso dei blu, viene dispersa: è proprio in questa fase che si compromette l’efficienza della cella.

I ricercatori della Pennsylvania University si sono concentrati, in particolare, su materiali composti da matrici che contengono nanoparticelle d’oro e molecole fotosensibili di porfina disposte in modelli specifici. È proprio la disposizione e la dimensione delle particelle d’oro a decidere la quantità di corrente elettrica generata: disponendo e controllando in modalità precise le nano particelle d’oro si può quindi massimizzare la trasformazione della luce in energia elettrica. Il professor Bonnel ha spiegato che:

Rispetto alla foto-eccitazione convenzionale, il nostro metodo garantisce un aumento dell’efficienza di dieci volte: un processo ancora da ottimizzare e che, quindi, potrebbe portare incrementi di efficienza ancora maggiori.

Le nanostrutture possono essere poi ottimizzate per applicazioni specifiche, modificandone dimensione e spaziatura, cosa che altera la lunghezza d’onda della luce a cui le particelle plasmoniche reagiscono, nello stesso modo in cui le celle solari vengono costruite in multigiunzione per assorbire fotoni di diverse lunghezze d’onda:

Si potrebbe immaginare, ad esempio, una vernice per i computer portatili che agisce come che una potente cella solare, utilizzando esclusivamente la luce del sole per fornire energia alla macchina.

Lo studio della Pennsylvania Univerity potrebbe rivoluzionare il mondo dell’efficienza delle celle solari: ma dal team non ci sono ancora notizie circa i brevetti né su una possibile commercializzazione del nuovo sistema messo a punto in laboratorio.