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Celle solari a colorante

DSC

Una delle tecnologie fotovoltaiche più promettenti degli ultimi anni è quella delle celle solari a colorante (DSC). Nate dall'idea di imitare la generazione di bioenergia delle piante, le celle a colorante promettono, una volta diventate industrialmente produttive, di essere molto meno costose e più eco compatibili degli altri tipi attualmente commercializzati.

Fin dagli anni Settanta, gli scienziati hanno tentato di creare celle solari fotoelettrochimiche, basati sui principi della fotosintesi delle piante, ad esempio utilizzando la clorofilla per ricoprire delle lastre di biossido di titanio, con risultati poco incoraggianti ( efficienza delle celle non superiore allo 0,001%).

Nel 1991 alcuni scienziati in Svizzera scoprirono una nanoteconologia capace di risolvere il problema della affinità degli elettroni con la clorofilla, il fattore determinante di abbattimento dell'efficienza di queste celle.
Invece di utilizzare un singolo cristallo di biossido di titanio, noto anche come titania, crearono una sorta di "spugna" di nanoparticelle, ricoperta da uno strato molto sottile di pigmento. Questo consentì di innalzare la superficie utile per
l'assorbimento della luce di oltre 1000 volte, ottenendo un'efficienza di 7,1%.
Al contrario dei sistemi fotovoltaici convenzionali, in cui il semiconduttore svolge la funzione di assorbitore di luce e di portatore di carica, nelle celle a colorante sensibilizzato (Dye-sensitized Solar Cells, acronimo DSC) il colorante assorbe la luce e successivamente il film poroso, nanostrutturato, di titania svolge la funzione di trasportatore di carica elettrica.

La prima versione di questo tipo di celle utilizzava un film spesso 10 micron, otticamente trasparente, di particelle di titania , ricoperte con un momostrato di colorante ( sensibilizzatore) con il compito di assorbire la luce. L'efficienza ottenuta fu del 7,1% e una densità di fotocorrente dell'ordine di 12mA/cm2.
Oltre ad essere molto abbondante in natura, la titania, ha un costo molto basso, è atossico e biocompatibile. Il processo messo appunto per la fabbricazione di film di titania prevede due passi. Questo prevedere una preliminare preparazione di un sottile strato d'oro su un substrato di vetro. Su questo strato si applica la titania e dopo la rimozione dell'oro, ad esempio mediante dissoluzione con eletrolita, si procede al trasferimento del film di titania poroso sul substrato utilizzato nella cella (tipicamente vetro o polimero flessibile), mediante semplice pressione su uno strato compatto di adesivo di titania.

Poiché l'efficienza delle celle create con questo tipo di teconologia non dipende dalla purezza dei materiali, i costi di fabbricazione sono ovviamente meno elevati.
In Italia studi in questo campo sono portati avanti dall'Università di Tor Vergata a Roma, nel Polo Solare Organico della Regione Lazio, noto ai più come CHOSE.
Oltre al basso costo e alla facilità di fabbricazione, uno vantaggio notevole delle DSC risiede nella loro versatilità. Infatti i moduli sono trasparenti, il che li rende adatti ad essere utilizzati in finestre per la protezione dalle radiazione solare, ed esistono in svariati colori, fattore che le rende preferibili a quelle tradizionali nella integrazione architettonica. Inoltre le celle a colorante aumentano la loro efficienza al crescere della temperatura, al contrario delle celle al silicio, il che le rende più adatte alla creazione di coperture di tetti già esistenti.

Il primo esempio di integrazione architettonica con moduli DSC è stato fatto nel 2003 a NewCastle. In un edificio dell'ente nazionale di ricerca CSIRO la Dyesol ha usato tegole DSC isostrutturali alla facciata connesse in serie e parallelo, protette da un polimero trasparente resistente ai raggi UV, per sostituire quelle tradizionali.

A fronte di una buona stabilità termica, questo tipo di celle mostra prestazioni apprezzabili sia sotto radiazione diretta sia in condizioni di cielo nuvoloso, ma anche in caso di ombreggiatura temporanea o permanente. Questa ultima condizione è un fattore di vantaggio rispetto alle celle tradizionali che, notoriamente, hanno problemi di hotspot e di decadimento di prestazioni dovute alla disomogenea esposizione alla radiazione solare.

 

 

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ritratto di marcopiva

Che vita utile avranno?

Se la solidità alla luce delle sostanze coloranti utilizzate per la realizzazione delle cellule fotovoltaiche sarà tale da garantire una conservazione dell'efficienza per un periodo adeguatamente lungo (almeno 10-15 anni), allora potranno sostituire le attuali al silicio. Altrimenti, se i tempi di decadimento sono brevi, ci si potrebbe trovare a doverle sostituire dopo qualche anno dall'installazione.
Anche se costano meno di quelle al silicio, non sarebbero remunerative (viste anche le efficienze minori).
Le piante rinnovano in continuo la molecola assorbente, cioè la clorofilla (e quelle a rapida crescita, i.e. le latifoglie, ogni anno rinnovano completamente il loro "impianto fotovoltaico"): è impensabile che in una cella solare il colorante adsorbito possa essere sostituito con tali frequenze!
Il silicio è pressoché eterno, le molecole organiche no.

ritratto di Piero Boccadoro

Interessante...

L'idea è davvero ottima.
Tutto ciò che l'uomo fa, cercado di imitare la natura E rendendo bicompatibili materiali e proessi produttivi (compresa ovviamentte la filiera della distribuzione) è assolutamente benvenuto, specie perchè qualche giorno fa il bilancio energetico del Pianeta è passato da attivo a passivo (tra le altre fonti, per approfondire: http://www.sciencemag.org/content/328/5976/316.summary).
Al di là del fatto che sposo l'obiezione fatta dall'utente marcopiva, c'è un'altro fattore che non è stato considerato, o che quanto meno nel testo non è esplicito:
Esistono fattori di conversione di questa energia?
Come la si accumula, ammesso che lo si possa fare?

 

 

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