Vedere il Sole in una luce nuova
Sfruttare l'energia del Sole per produrre elettricità mediante una tecnologia fotovoltaica (FV) avanzata è un concetto che sta per penetrare nel mercato in modo diffuso. Questo passo richiede però una maggiore efficienza nella conversione dell'energia, combinata con una riduzione dei costi. Un modo promettente per migliorare l'efficienza è quello di aumentare lo spettro di assorbimento dei materiali FV in modo che essa includa una porzione maggiore dello spettro del Sole. Attualmente, le bande di assorbimento dei migliori materiali FV coprono una gamma di lunghezze d'onda da 400 a 1 200 nanometri (nm), mentre lo spettro solare include lunghezze d'onda da 290 a 3 790 nm. Gli scienziati hanno intrapreso il progetto EPHOCELL ("Smart light collecting system for the efficiency enhancement of solar cells"), finanziato dall'UE, per esaminare il potenziale di trasferimenti energetici intra- e intermolecolari supportati da un composto fotoluminescente. Il down-shifting (DS), ovvero la conversione di luce ad alta energia in luce a energia più bassa, è un processo relativamente ben studiato, mentre l'applicazione pratica della up-conversion (UC), ovvero la conversione opposta, nei dispositivi FV rimane una sfida. EPHOCELL si è concentrato sullo sviluppo di un semplice modulatore di lunghezza d'onda ottenuto da innovativi materiali UC e DS per migliorare significativamente l'efficienza dei pannelli FV. La resa quantica (Quantum yield - QY) di un composto fotoluminescente è una misura dell'efficienza. EPHOCELL ha puntato a una conversione QY di almeno l'85 % per il DS e del 12 % per la UC. Gli scienziati hanno raggiunto una conversione QY massima del 13 % per la UC e prossima al bersaglio del 76 % per il DS. Vari materiali ospitanti e dispositivi convertitori sono stati sviluppati per associare i sistemi con silicio cristallino (Si) su base a wafer, Si amorfo (a-Si) e celle solari a tinta sensibilizzata. Le celle FV accoppiate con DS hanno mostrato miglioramenti dell'efficienza fino al 45 % e quelle accoppiate con UC fino al 2 %. Le previsioni su sistemi UC futuri "ideali" sono state fatte in base ai risultati della modellazione, e un'analisi costi-benefici ha permesso confronti preliminari con il costo di altre tecnologie progettate per aumentare l'efficienza FV. EPHOCELL ha fatto progredire in modo significativo lo stato dei sistemi molecolari per la modulazione FV per ottenere maggiori efficienze. Questa nuova tecnologia ha preparato la strada a una diffusa accettazione da parte del mercato della tecnologia FV.
