Celle solari pancromatiche per una migliore conversione dell’energia solare
Nelle DSSC una tinta fotoattiva assorbe i fotoni sfruttando la loro energia per eccitare gli elettroni. Gli elettroni eccitati sono solitamente trasferiti in uno strato nanocristallino di biossido di titanio, ma la lavorazione a temperature elevate necessaria per il titanio non è compatibile con i metodi di fabbricazione a basso costo, e l’utilizzo di coloranti di solito impedisce lo sfruttamento solare pancromatico. Il progetto NANOMATCELL (Novel environmentally friendly solution processed nanomaterials for panchromatic solar cells) ha inventato nuovi materiali e architetture per produrre celle solari che affrontano queste sfide. Usando nanomateriali abbondanti e/o non tossici, il semiconduttore ha raggiunto un’ottima banda proibita e un coefficiente di assorbimento molto elevato per sfruttare la massima quantità possibile di luce solare. I partner del progetto hanno sviluppato nuove strategie per la sintesi, la crescita e il drogaggio di nanocristalli, nanofili e perovskiti semiconduttori. Queste includevano una nuova via verso nanocristalli semiconduttori colloidali rispettosi dell’ambiente con bande proibite regolate e coefficienti di assorbimento molto elevati. La progettazione dei materiali in perovskite è stata ottimizzata usando materiali con fori e accettatori di elettroni appositamente sviluppati. Sono anche stati sviluppati nuovi coloranti per le lunghezze d’onda corte e per un migliore assorbimento nella gamma del vicino infrarosso, al fine di sfruttare una porzione più ampia dello spettro. È stata sviluppata una cella solare a punti quantici colloidali con prestazioni record e fotostabilità eccezionale. Inoltre, è stata mostrata la prima cella solare PbS QD ad efficienza elevata (9,6 %) e altamente fotostabile. Il record di prestazioni delle celle solari di perovskite raggiunto – del 20 % – ha posto l’UE tra i leader in questa tabella di marcia della ricerca. I ricercatori hanno anche dimostrato per la prima volta in assoluto una cella solare prodotta in soluzione in stato solido a bassa temperatura e in condizioni ambientali inorganiche, completamente basata su materiali conformi alla restrizione delle sostanze pericolose (Restriction of Hazardous Substances, RoHS). NANOMATCELL ha pertanto avuto un notevole impatto mostrando per la prima volta che si possono raggiungere prestazioni eccezionali utilizzando nanomateriali ecocompatibili. Ciò spianerà la strada per una diffusione commerciale immediata e introduzione su scala più ampia (tra cui piattaforme indossabili, PV integrate negli edifici e reti elettriche distribuite) senza preoccupazioni legali relative ai processi di riciclaggio a cliclo chiuso. I risultati scientifici di NANOMATCELL sono stati pubblicati in importanti riviste sottoposte a revisione paritaria. Pertanto, l’iniziativa è stata determinante per fare dell’Europa uno dei principali attori nella ricerca sulle celle solari a film sottile solution-processed, riuscendo a sviluppare dispositivi a celle solari con prestazioni record nelle loro rispettive classi.
Parole chiave
Celle solari a tinta sensibilizzata, tinta fotoattiva, fabbricazione, NANOMATCELL, biossido di titanio, nanocristalli, nanofili, fotostabile, restrizione delle sostanze pericolose
