Con la squaraina le celle solari polimeriche diventano fluorescenti e aumentano le loro prestazioni

La squaraina appartiene a quella classe di coloranti organici che presentano una gamma di colori fluorescenti. Essa deriva dall'acido squarico il quale subisce una trasformazione per reazione e il risultato che ne deriva è garante di un'ottima fotostabilità.
Solitamente la squaraina viene impiegata come sensore per gli ioni, ma anche per varie applicazioni biomediche. (Fonte en.wikipedia.org)

(Immagine rappresentativa della reazione dell'acido squarico)

Il settore del fotovoltaico, sempre attento alle nuove tecnologie, non poteva farsi scappare questa grande collaborazione, dunque, decide di tingere il suo futuro di colori alternativi e molto accesi, si direbbe quasi fluorescenti, grazie proprio alla squaraina.

LA RICERCA DELLA YALE UNIVERSITY

L'impiego della squaraina nei pannelli fotovoltaici è un'idea sviluppata da un team di scienziati della Yale University, i quali hanno reso pubblica la loro ricerca il 5 maggio  sulla rivista online Nature Photonics. Gli studiosi hanno compreso che combinando il colorante fluorescente organico con le celle solari polimeriche, è possibile aumentare l'assorbimento dei raggi solari, e persino di riciclare gli elettroni, garantendo un'efficienza di conversione di potenza maggiore del 38%.

L'autore della ricerca, nonché assistente professore di Ingegneria Chimica e Ambientale a Yale, André D. Taylor, spiega come «con l'applicazione della squaraina nelle celle solari polimeriche e, approfittando del trasferimento di energia per risonanza (FRET), si apre una nuova strada per risolvere la gamma limitata di assorbimento spettrale della luce e la raccolta inefficiente di eccitoni foto-generati, ossia due compiti cruciali per la realizzazione di celle solari altamente efficienti». (Fonte greenbiz.it)

In questo modo, il processo di eccitazione generato dal polimero fotoattivo è trasferito, tramite FRET, in un tempo molto limitato, si parla di pochi secondi per il massimo dell'efficienza che raggiunge il 96%.

VIDEO - CELLE SOLARI POLIMERICHE

Prima di procedere nel discorso sarà utile soffermarsi sulla definizione di celle solare polimeriche e comprenderne il funzionamento. Il video seguente riassume tutte le informazioni necessarie al riguardo.

I PRO E I CONTRO DELLE CELLE POLIMERICHE E LA SQUARAINA

Sempre di più le sostanze organiche trovano un impiego nel settore del fotovoltaico. Gli alberi, le alghe e adesso la squaraina, prendono il posto di elementi e sostanze poco rispettose dell'ambiente e contribuiscono alla creazione di celle solari alternative e sostenibili.

Le celle polimetriche garantiscono un basso costo, oltre che un peso contenuto e una flessibilità meccanica. Tuttavia, nonostante tante lance a favore di questo prodotto fotovoltaico, l'altra faccia della medaglia, non prevede gli stessi decanti, poiché le prestazioni risultano ancora inefficienti se paragonate a quelle garantite dalle tradizionali: circa il 50% dell'energia luminosa viene persa a causa propria delle reti delle celle polimetriche (o dye-sensitized) non perfettamente allineate su scala nanometrica. (Fonte rinnovabili.it)

Con l'aggiunta della squaraina alle celle fotovoltaiche polimeriche, avviene un meccanismo biochimico grazie al trasferimento di energia per risonanza, la quale migliora la resa di conversione energetica delle celle, oltre che l'assorbimento della luce e la trasmissione di energia. (Fonte greenenergyjournal.it)

Così come per gli altri materiali organici, ancora una volta, è stato dimostrato come è possibile migliorare le prestazioni solari ricorrendo a tecnologie che consentono di far lavorare insieme differenti sostanza che favoriscono l'assorbimento della luce, ma al contempo aprono le strade ad un nuovo volto del fotovoltaico, più eco-sostenibile.

(Uomo che tiene in mano un esempio di celle polimeriche)

Taylor afferma che il loro approccio «nell'utilizzare molteplici donatori che raccolgono la luce offre una soluzione più praticabile nella progettazione e nella ricerca di un unico materiale per la cattura dell'energia dallo spettro solare completo. Dal momento che FRET è unico per le nanoparticelle e le celle solari organiche, combinando strategicamente diversi materiali con il corretto campo spettrale, si può estrarre il calore dalla cella solare e trasformarlo in energia elettrica».
Dunque si tratta proprio di un lavoro di sinergia che permette di ottenere reti polimeriche ben ordinate che non necessitano di una post-elaborazione delle stesse.