22 ottobre 2018
Aggiornato 21:00

E se potessimo indossare delle celle solari?

Celle solari mille volte più sottili di quelle al silicio
celle solari
celle solari (Shutterstock.com)

MILANO - Sono talmente piccole, per la precisione mille volte più piccole rispetto a quelle sul mercato, che potrebbero essere addirittura introdotte negli indumenti che indossiamo, oppure nelle tende del nostro salotto. Una scoperta che ha dell’incredibile, resa possibile grazie alla collaborazione tra l’Università di Cambridge e il Politecnico di Milano. La fruttuosa collaborazione tra i due atenei ha permesso di studiare celle fotovoltaiche basate su un materiale chiamato «perovskite», che consente di realizzare celle mille volte più sottili di quelle al silicio, rendendole quindi molto flessibili e potenzialmente più efficienti.

Le celle «perovskite»
Rispetto alle convenzionali celle a base di silicio cristallino, questi sistemi prospettano una riduzione dei costi energetici ed economici per la loro fabbricazione grazie alla possibilità di impiegare tecnologie di fabbricazione (cosiddette roll-to-roll) proprie della stampa su grandi volumi. Inoltre, tali sistemi possono essere fabbricati anche su substrati flessibili o superfici curve, cosa impossibile per la più comune tecnologia a base di silicio cristallino dove il punto di partenza è un lingotto rigido.

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La sperimentazione
Quando la luce solare colpisce una cella fotovoltaica, le particelle di luce (o fotoni), vengono convertite in elettroni. I ricercatori hanno misurato per quanto tempo gli elettroni prodotti mantengono i loro più alti livelli di energia (elettroni caldi) prima di scontrarsi e perderla. Dopo che la luce è stata inizialmente assorbita dalla cella lo studio ha rivelato che gli eventi di collisione fra elettroni iniziano a verificarsi tra 10 e 100 milionesimi di miliardesimo di secondo (femtosecondi). Per massimizzare l'efficienza energetica, gli «elettroni caldi» devono essere raccolti entro questo brevissimo intervallo di tempo.

Ciò è reso possibile dalle celle di perovskite perché sono talmente sottili che la distanza da percorrere per gli elettroni caldi è molto breve, portando il tasso di efficienza energetica al 30% (massima efficienza energetica che le celle solari possono realisticamente raggiungere).

Un metodo italiano
I ricercatori si sono avvalsi del metodo sperimentale di spettroscopia ultrabreve, sviluppato dal team del prof. Giulio Cerullo del Politecnico di Milano. Il metodo consiste nel simulare la luce solare illuminando con impulsi ultrabrevi di luce laser campioni di celle di perovskite di ioduro di piombo e nel misurare quanta luce viene assorbita dal campione da un impulso "sonda" ritardato nel tempo.

Una volta che gli elettroni si sono scontrati e rallentando hanno iniziato a occupare spazio nella cella campione, la quantità di luce assorbita sarà cambiata. Il tempo necessario perché cambi la luce assorbita dentro al campione di perovskite è stato utilizzato dai ricercatori per stabilire il tempo entro il quale si può estrarre gli elettroni ancora "caldi" e quindi ottenere la massima efficienza energetica dalla cella. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.