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Celle solari che vedono il rosso
I ricercatori della Stanford University hanno dimostrato una serie di materiali che potrebbero consentire alle celle solari di utilizzare una banda dello spettro solare che altrimenti andrebbe sprecata. I materiali stratificati sul retro delle celle solari convertirebbero la luce rossa e del vicino infrarosso, inutilizzabile dalle celle solari di oggi, in luce a lunghezza d'onda più corta che le celle possono trasformare in energia. I ricercatori universitari collaboreranno con il Centro di ricerca e tecnologia Bosch a Palo Alto, in California, per dimostrare un sistema di celle solari funzionanti nei prossimi quattro anni.
Interruttore della luce: In un processo che potrebbe rendere più efficienti le celle solari, la luce laser verde viene convertita in luce blu da una soluzione di coloranti e nanoparticelle metalliche.
Anche le migliori celle solari al silicio di oggi non possono utilizzare circa il 30 percento della luce del sole: questo perché i materiali attivi nelle celle solari non possono interagire con i fotoni la cui energia è troppo bassa. Ma sebbene ciascuno di questi singoli fotoni sia a bassa energia, nel suo insieme rappresentano una grande quantità di energia solare non sfruttata che potrebbe rendere le celle solari più competitive in termini di costi.
Il processo, chiamato upconversion, si basa su coppie di coloranti che assorbono fotoni di una data lunghezza d'onda e li riemettono sotto forma di fotoni a lunghezza d'onda inferiore. In questo caso, i ricercatori Bosch e Stanford lavoreranno su sistemi che convertono le lunghezze d'onda del vicino infrarosso (la maggior parte delle quali sono inutilizzabili dalle odierne celle solari). Il leader del gruppo di Stanford, l'assistente professoressa Jennifer Dionne, crede che il gruppo possa migliorare l'efficienza di conversione della luce solare in elettricità delle celle solari al silicio amorfo dall'11% al 15%.
Il concetto di conversione non è nuovo, ma non è mai stato dimostrato in una cella solare funzionante, afferma Inna Kozinsky, ingegnere senior di Bosch. L'upconversion richiede tipicamente due tipi di molecole per assorbire fotoni di lunghezza d'onda relativamente alta, combinare la loro energia e riemetterla come fotoni di energia più alta e lunghezza d'onda più bassa. Tuttavia, le possibilità che le molecole si incontrino al momento giusto quando si trovano negli stati energetici giusti sono basse. Dionne sta sviluppando nanoparticelle da aggiungere a questi sistemi al fine di aumentare tali possibilità. Per realizzare migliori sistemi di conversione, Dionne sta progettando nanoparticelle metalliche che agiscono come minuscole antenne ottiche, dirigendo la luce in questi sistemi di tintura in modo tale che i coloranti siano esposti a più luce al momento giusto, il che crea più luce convertita e quindi dirigendo più di quella luce convertita fuori dal sistema alla fine.
La visione finale, dice Dionne, è creare un solido. Fogli di tale materiale potrebbero essere adagiati sul fondo della cella, separati dalla cella stessa da uno strato elettricamente isolante. I fotoni a bassa lunghezza d'onda che passano attraverso lo strato attivo verrebbero assorbiti dallo strato upconverter, quindi riemessi nuovamente nello strato attivo come luce utilizzabile a lunghezza d'onda maggiore.
Kozinsky afferma che l'obiettivo di Bosch è dimostrare l'upconversion della luce rossa nelle celle solari funzionanti in tre anni e l'upconversion della luce infrarossa in quattro anni. Considerando il tempo necessario per passare alla produzione, afferma, la tecnologia potrebbe essere presente nelle celle solari commerciali di Bosch in sette o dieci anni.