Pannelli fotovoltaici d'oro: celle solari organiche e elevate prestazioni elettriche

La ricerca di sempre nuove soluzioni per aumentare l'efficienza elettrica dei pannelli fotovoltaici è sempre più all'avanguardia e, soprattutto nel settore del fotovoltaico organico compie dei grandi progressi giornalmente. Ne è un esempio il progetto di realizzazione di un pannello fotovoltaico costituito di nano particelle di oro e dotato di celle solari realizzate con uno speciale materiale organico, che permette di incrementare il rendimento e l'efficienza energetica fino al 20% in più dei pannelli solari convenzionali.

I costi di produzione e le dimensioni del nuovo pannello fotovoltaico con nano particelle d'oro sono piuttosto ridotti, grazie all'utilizzo di materiali organici e un accurato studio dell'Università di Los Angeles ha evidenziato la maggiore efficienza energetica delle celle fotovoltaiche organiche, costituendo delle componenti con prestazioni elevate nella conversione delle radiazioni solari in corrente elettrica fruibile per ricaricare e alimentare numerosi dispositivi elettrici della nostra vita quotidiana.

I pannelli solari d'oro: un progetto dell'Università di Santa Barbara della California

Il progetto dell'Università di Santa Barbara della California e in particolare del dipartimento di Chimica, Ingegneria Chimica e Materiali ha dimostrato che, sostituendo i semiconduttori inorganici come il silicio e utilizzando molecole o polimeri a base di carbonio, associando le celle solari a nano particelle di oro si aumenta l'efficienza energetica di almeno il 20% rispetto ai pannelli solari costituiti da silicio.
 
I ricercatori dell'Università di Los Angeles sono stati guidati da un esperto in scienze dei materiali, il dott. Yang Yang, il quale ha utilizzato uno strato di nano particelle d'oro, di spessore di milionesimi di millimetro, inserendolo tra i due strati della cella solare. La cella solare è stata, dunque, realizzata, da uno strato cristallino di diossido di titanio circondato da nanoparticelle di platino, mentre lo strato inferiore è stato immerso in borato di cobalto: denominata per questo 'cella-tandem', è una vera e propria cella solare dorata.

Il primato dei pannelli solari d'oro realizzati con materiale organico: efficienza superiore del 20%

Il primato del progetto della realizzazione di questa tipologia di pannello solare è quello che fino ad ora la ricerca del fotovoltaico organico non era ancora riuscita a creare un pannello solare o delle celle solari con materia prima organica che mantenesse anche delle prestazioni elevate nel rendimento, mentre ora con le celle solari costituite di nano particelle d'oro si ha la possibilità di convertire la luce solare in corrente elettrica, anche con pannelli di piccole dimensioni.

Lo strato di oro colloidale tra le due sezioni della cella solare ha ottenuto l'aumento del livello di efficienza energetica in quanto le nano particelle creano un alto campo elettromagnetico, concentrano le radiazioni solari per aumentare l'assorbimento.

Lo studio della plasmonica: le oscillazioni degli elettroni nei materiali semiconduttori

La metodologia di studio degli scienziati della California si basa sulla plasmonica, che indaga il comportamento delle oscillazioni che gli elettroni compiono su una superficie di metallo quando sono eccitati dalla luce solare, arrivando a realizzare il nuovo progetto di pannello solare con nanostrutture d'oro.

Gli elettroni di conduzione del metallo, infatti, sono sottoposti a un'oscillazione collettiva che permette di assorbire la luce solare: questa oscillazione degli elettroni sia chiama per l'appunto  plasmone di superficie. Quando le radiazioni solari colpiscono le nano particelle di oro, gli elettroni eccitati si spostano verso la parte superiore delle nano particelle e, superando lo strato di diossido di titanio vengono catturati dalle particelle di platino. Questo processo, in presenza di acqua e di un catalizzatore, genera la produzione di idrogeno e di ossigeno.

Il nuovo pannello solare con nano particelle di oro permette di rivoluzionare completamente il modo di assorbire le radiazioni solari e di convertirle in energia elettrica, utilizzando dei materiali organici completamente ecosostenibili.

Per comprendere meglio: la produzione elettrica con le celle solari organiche

Il video seguente spiega come viene prodotta l'energia elettrica attraverso le celle solari organiche, dove vengono reperite le materie prime, in quale atmosfera viene prodotto il meccanismo di costruzione, gli strati fotoattivi delle celle solari e la loro produzione, per generare corrente elettrica in ogni momento della giornata anche in condizioni di basso irraggiamento solare.

Ogni materia prima utilizzata nella realizzazione delle celle solari organiche è completamente biodegradabile e presenta per questo dei bassi costi di produzione, un minore impatto ambientale, ma vanta numerose applicazioni sul mercato della produzione elettrica da fotovoltaico.

 

I test odierni sui pannelli solari d'oro: la fotocorrosione

I test odierni però hanno mostrato tracce della fotocorrosione che limita notevolmente le potenzialità dei materiali semiconduttori utilizzati nei pannelli fotovoltaici convenzionali e per questo ancora in fase di studio.

Il video informativo sul fotovoltaico organico e inorganico:

il video seguente spiega il funzionamento e le potenzialità degli innovativi pannelli solari organici, in base ad un progetto nato all'Università Tor Vergata di Roma e sviluppato al Tecnopolo Tiburtino, in cui si studia la metodologia per imitare la fotosintesi clorofilliana per ridurre l'utilizzo del silicio, che innalza il costo di produzione fino al 60%, sostituendolo con un materiale organico, reperibile nelle piante.

Autore Maria Francesca Massa

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