Fotovoltaico in plexiglass? Da oggi si può

Fotovoltaico in plexiglass? Da oggi si può

E se le vostre finestre potessero produrre energia assorbendo la luce del sole? La tecnologia compie sempre più passi verso la realizzazione di elementi architettonici esterni compatibili con il concetto di energia rinnovabile e fotovoltaico. La domanda alla base di questo tipo di ricerche scientifiche è la seguente: perché non sfruttare tutte quelle superfici che contornano un edificio urbano o lo integrano, che si pongono a stretto contatto con il sole e che quindi potrebbero utilizzarne il potenziale energetico? Stiamo parlando non solo dei pannelli solari posti sui tetti, ma di vetrate, finestre, serre, coperture esterne di qualsiasi tipo che con i dovuti accorgimenti potrebbero produrre energia pulita in abbondanza.

Anche l'Italia si interroga sull'argomento e tenta di trovare una soluzione in una delle università d'eccellenza del paese, la Bicocca di Milano. In questa sede un gruppo di ricercatori, capitanati dal professor Francesco Meinardi e da Sergio Brovelli del Dipartimento di Scienza dei Materiali, ha elaborato uno studio dal titolo "Large-area luminescent solar concentrators based on ‘Stokes-shift-engineered' nanocrystals in a mass-polymerized PMMA matrix", pubblicato giorni fa sulla rivista scientifica "Nature Photonics"; l'Università di Milano-Bicocca ha portato avanti le ricerche insieme al celebre Los Alamos National Laboratory, New Mexico, uno dei laboratori americani più rinomati al mondo.

I concentratori solari luminescenti progettati dai ricercatori della Bicocca

(I concentratori solari luminescenti progettati dai ricercatori della Bicocca)

Cosa sono i concentratori solari luminescenti?

Il team di ricercatori italo-americani ha messo a punto un nuovo tipo di concentratori solari luminescenti (LSC, Luminescent Solar Concentrators) in grado di assorbire la luce solare e produrre energia anche se applicati su elementi architettonici di grosse dimensioni come appunto vetrate o finestre. In generale, gli LSC non sono altro che lastre di plexiglass o vetro costituite di gruppi di atomi chiamati cromofori, nello specifico quelli che presiedono alla colorazione di una sostanza, quelle specie otticamente attive che assorbono la luce del sole e poi la trasferiscono all'interno della lastra, per il fenomeno della riflessione interna. Questa luce si propaga verso i bordi del concentratore dove incontrerà piccole celle solari in grado di catturarla e trasformarla in elettricità.

La novità dello studio pubblicato di recente risiede in un'alterazione della composizione chimica della lastra in modo da modificare il normale comportamento di assorbimento ed emissione della luce solare che nel caso standard, come in parte appena espresso, sarebbe il seguente:

  • il cromoforo assorbe la luce proveniente dall'esterno per poi ri-emetterla al di fuori di esso, sempre all'interno però della lastra di appartenenza; in questo modo però la fluorescenza emessa viene subito ri-assorbita (fenomeno detto di ri-assorbimento) dal cromoforo successivo e mano mano che viene trasferita verso i bordi perde di intensità, per questo più il dispositivo è grande, più la possibilità di sfruttare la fluorescenza per produrre energia è bassa.

Il problema che i ricercatori hanno tentato di risolvere è legato al cosiddetto fenomeno dello spostamento di Stokes, direttamente connesso con quello del ri-assorbimento, per cui quando una molecola assorbe luce guadagna energia; per compensare però questo stato di attività, emette a sua volta luce, perdendo di conseguenza energia. La differenza tra l'energia guadagnata all'atto dell'assorbimento e quella persa al momento dell'emissione è chiamata appunto spostamento di Stokes, che è ciò che si verifica all'interno dei cromofori della lastra e nel passaggio della fluorescenza tra un cromoforo e un altro.

Il funzionamento standard di un concentratore solare luminescente

(Il funzionamento standard di un concentratore solare luminescente)

La soluzione a questo problema è stata quella di alterare appunto la composizione degli LSC con punti quantici semiconduttori, più nello specifico cristalli colloidali grandi pochi milionesimi di millimetro fabbricati tramite procedimento industriale, dotati di un ‘guscio' e di un ‘nocciolo'. Questa struttura fa sì che la fase di assorbimento e di emissione siano separate:

  • l'assorbimento della luce avviene nel guscio, il quale trasmette al nocciolo in cui si verifica invece l'emissione; a sua volta l'energia emessa propaga naturalmente verso l'esterno della nanoparticella perché il guscio è trasparente quindi non causa una perdita di energia nel passaggio tra assorbimento ed emissione.

Questa soluzione consente a dispositivi di grandi dimensioni, dai 10 cm in su, trasparenti o colorati, di produrre energia elettrica a partire da lastre in plexiglass. Il team di ricercatori ha dimostrato che l'efficienza energetica degli LSC, con l'aggiunta di questo tipo di punti quantici, aumenta di circa 100 volte. Secondo Sergio Brovelli infatti, "questa tecnologia" sarà "immediatamente scalabile per l'industria e può essere utilizzata nella green architecture e nella building sustainability. Con questi nano-materiali, non più soltanto i tetti ma tutte le parti di un edificio possono diventare pannelli solari, incluse finestre e facciate, favorendone l'auto-sostenibilità".

Il funzionamento dei concentratori solari luminescenti alterati dalla presenza delle nanoparticelle iniettate dai ricercatori

(Il funzionamento dei concentratori solari luminescenti dopo essere stati alterati dall'aggiunta di nanoparticelle a guscio)

AutoreDott.ssa Irene Armaro


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