Celle fotovoltaiche ibride: alta precisione ed efficienza

Le celle fotovoltaiche ibride sono delle particolari strutture che hanno una conformazione della struttura interna mista, ovvero sia organica che inorganica.

Le celle fotovoltaiche inorganiche sono i classici dispositivi più conosciuti, con struttura cristallina in silicio mono o poli fase, o anche amorfa. Queste strutture sono in grado di catturare la luce solare e convertirla direttamente in elettricità grazie all'effetto fotovoltaico, dal quale prendono il nome. L'effetto fotovoltaico è quel "fenomeno consistente nell'insorgere di una forza elettromotrice ai capi di particolari materiali o dispositivi illuminati", ovvero quando in un materiale generalmente semiconduttore, un elettrone passa dalla banda di valenza (fascia della struttura elettronica dell'atomo con il più basso potere conduttivo) alla banda di conduzione (alto potere) per effetto dell'assorbimento di un fotone che ha una capacità elettronica sufficiente da incidere sul materiale con il quale è formato il semiconduttore.

Nelle celle fotovoltaiche inorganiche questo effetto si raggiunge facilmente con il semplice contatto della superficie con le radiazioni solari, e, quindi, il passaggio degli elettroni e la conseguenza trasformazione di questa energia in elettricità è immediato.

(Celle fotovoltaiche ibride)

Le celle solari organiche hanno, invece una struttura interna diversa che utilizza materiali inorganici allo stato attivo. Molte sono le sperimentazioni da questo punto di vista e si stanno avendo grandi successi. In queste sperimentazioni di cerca di riprodurre, quanto più possibili alcuni processi naturali, come la fotosintesi clorofilliana. Con le celle fotovoltaiche inorganiche si punta a sostituire il silicio come materiale semiconduttore, preferendo, ad esempio, composti di carbonio o polimeri, comunque a base di carbonio.

(Celle fotovoltaiche ibride)

Infine, le celle fotovoltaiche ibride che sono l'esatta combinazione fra le prime due, nelle quali vengono sfruttati i vantaggi sia dei semiconduttori inorganici che di quelli organici.

Per quanto riguarda i materiali organici, vengono utilizzati i polimeri coniugati. Per loro natura, i polimeri sono dei materiali plastici isolanti e molto spesso vengo utilizzati in questo senso. La dicitura "coniugati" definisce il processo chimico-fisico che questi subiscono per essere trasformati in materiali conduttori, in grado, quindi, di trasportare energia elettrica. Il processo estrinseco fa si che i polimeri diventino esattamente come i metalli, essendo caricati di polveri dello stesso genere, mentre quello intrinseco li trasforma in semiconduttori. I vantaggi di materiali così generati sono una maggiore flessibilità e un minor costo.

Quindi, nelle celle fotovoltaiche ibride i polimeri coniugati hanno il compito di assorbire i fotoni delle radiazioni luminose e, dopo averli assorbiti all'interno della cella, trasportano lacune (che, insieme all'elettrone, si occupa del trasporto della carica elettrica nei semiconduttori). I materiali inorganici, invece, vengono utilizzati come accettori e trasportano gli elettroni.

(Celle fotovoltaiche ibride)

Nelle celle fotovoltaiche ibride si ha una struttura che ha come base il materiale inorganico che viene mescolato ad uno inorganico per aumentare le sue capacità di semiconduzione e i processi che si sviluppano al suo interno sono costituiti da una continua eccitazione, e quindi un continuo scambio fra donatori e accettori.

Esistono molti tipi di celle fotovoltaiche ibride e si può fare l'esempio di quelle composte da nanotubi in carbonio montati su base polimerica. Essendo strutture di dimensione infinitamente piccola, il vantaggio principale consiste nel grandissimo controllo che si può avere sulla cella, ad esempio, si ha un'alta precisione delle caratteristiche optoelettroniche del materiale e un'area maggiore per il trasferimento di cariche elettriche, essendoci un miglior rapporto fra superficie e volume.