Il solare senza silicio

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Da Chicago a Gerusalemme, fisici e chimici studiano il modo migliore per rendere l’industria del solare più economica e efficiente

Israele è un paese con abbondanza di sole, tanta sabbia e un bel po’ di cervelloni. Uniti gli ingredienti non si può che avere come risultato un innovativa e potente industria solare. Il riflesso del sole sul silicio è il modo più diretto di trasformare la luce in energia elettrica, ma è anche il più costoso. A questo punto entrano in gioco gli scienziati: il loro compito è rendere il processo più conveniente. E questo è ciò che due piccole società con sede in Gerusalemme stanno cercando, in modi diversi, di fare.I fisici e i chimici di GreenSun energia, guidati da Renata Reisfeld, pensano che usando meno silicio i costi siano molto più bassi. Le tradizionali celle solari sono composte da fogli sottili su un elemento coperto da lastre di vetro. Nelle celle di GreenSun, però, solo i bordi esterni delle lastre di vetro sono coperti da silicio, sotto forma di strisce sottili. L’idea è quella di catturare la luce sul vetro e di diffonderla lateralmente ai bordi, in modo che il silicio possa trasformarla in energia elettrica. Il team del dottor Reisfeld intende farlo grazie ad un rivestimento di vetro ottenuto con una combinazione di coloranti spruzzati grazie a nanoparticelle di metallo la cui natura, non sono ancora disposti a divulgare.

Le tinte sono lì per assorbire la luce solare incidente (una miscela viene utilizzata al fine di acquisire tutte le parti dello spettro). I coloranti fluorescenti, assorbendo la luce, quindi, la ri-irradiano. Normalmente, ciò comporterebbe la perdita della luce, ma l’interazione con le nanoparticelle riesce a trasformare la luce in radiazioni elettromagnetiche chiamate superfici plasmons. Queste, come il loro nome suggerisce, si propagano sulla superficie del vetro fino a quando non sono intercettate dal silicio sui lati.

Questo processo, non solo permette alle celle di GreenSun di essere meno costose rispetto a quelle convenzionali, ma le rende anche migliori dal punto di vista della qualità. In una cella convenzionale molta energia spesso si perde senza essere sfruttata. L’energia della luce dipende dallo spettro (la luce blu è più energica di quella rossa), ma solo una certa quantità di energia è necessaria per battere un elettrone libero. Se la luce incidente è più energica rispetto a quella necessaria, l’eccedenza non scompare come calore. A differenza del sole, che disperde la sua energia su tutta la linea, il mix tra colori e nanoparticelle, grazie alle radiazioni elettromagnetiche, offre la possibilità agli elettroni liberi di catturare l’energia. La concorrenzaC’è chi però punta ancora più in alto. Jonathan Goldstein di 3GSolar spera di sbarazzarsi completamente del silicio in futuro. Le celle solari «coloranti-sensibilizzate» della 3G, infatti, sfrutterebbero il biossido di titanio (più noto come pigmento bianco nelle vernici utilizzate) e complesse molecole di colorante che contengono un metallo chiamato rutenio. Quando una delle molecole di colorante viene colpito dalla luce con sufficiente energia, un elettrone viene eliminato e assorbito da parte del biossido di titanio, prima di essere trasferito fuori dalla cella.

Ma anche i ricercatori dell’università di Chicago e del Lawrence Berkeley National Laboratory, assicurano di aver sviluppato una tecnologia davvero molto economica. Per accelerare la mobilità delle tecnologie basate sui semiconduttori, comprese le celle solari e i dispositivi termoelettrici che convertono la luce solare e il calore disperso in energia elettrica utilizzabile, il team del dottor Dmitri Talapin ha creato la «electronic glue», colla elettronica. I nanocristalli non riescono a scambiare efficacemente la loro carica elettrica tra di loro a causa dei ligandi di superficie, ovvero grandi molecole organiche isolanti che li coprono. La colla elettronica sarebbe la soluzione di questo problema. I ricercatori sostituendo infatti le molecole organiche isolanti con nuove molecole inorganiche, hanno permesso di accelerare la fase di accoppiamento elettronico fra i nanocristalli.

Tra colle, nanocristalli e «spettri», non ci resta che augurare buona fortuna agli scienziati. Grazie a loro forse un giorno tutta l’energia emanata dal sole sarà finalmente sfruttata a dovere.