Dall'elettrochimica nuove soluzioni per celle solari più efficienti | Chimici.info

Dall'elettrochimica nuove soluzioni per celle solari più efficienti

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Lo sfruttamento dell’energia solare mediante pannelli fotovoltaici ha visto negli ultimi anni un decisivo sviluppo, il sole è, infatti, una fonte enorme di energia rinnovabile e pulita. La Terra riceve più energia solare in un’ora di quanto tutto il pianeta attualmente consuma in un anno. Ma nonostante questo enorme potenziale, l’energia solare è ancora poco sfruttata. L’energia elettrica prodotta dalle celle solari convenzionali, composte da materiali semiconduttori come il silicio, è di 5 o 6 volte più costosa rispetto alle fonti energetiche tradizionali, come i combustibili fossili o l’energia idroelettrica.

Molti tentativi sono stati fatti, nel corso degli anni, al fine di sviluppare una cella solare efficiente in termini di energia ma poco costosa da produrre.

Un passo avanti in questa direzione è stato compiuto dal team del professor Benoît Marsan dell’Université  du Québec à Montréal (UQAM), Dipartimento di Chimica.  Il professor Marsan ha messo a punto le soluzioni per due problemi che, negli ultimi venti anni, hanno ostacolato lo sviluppo di celle solari efficienti e poco costosi. I suoi risultati sono stati pubblicati in due riviste scientifiche, il Journal of American Chemical Society (OCCAR) e Nature Chemistry.

Le celle solari in uso fino ad oggi sono derivate dal progetto del professor Michael Graetzel della Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in Svizzera, che negli anni 90, propose sulla base del principio della fotosintesi, una cella composta da uno strato poroso di nanoparticelle di un pigmento bianco, biossido di titanio, coperto con un tintura molecolare che assorbe la luce del sole, come la clorofilla nelle foglie. Il biossido di titanio rivestito è immerso in una soluzione elettrolitica, e un catalizzatore di platino completa il pacchetto.

Come in una cella elettrochimica convenzionale (come una batteria alcalina), due elettrodi (l’anodo di biossido di titanio e il catodo di platino nella cella di Graetzel) sono posti su entrambi i lati di un conduttore liquido (l’elettrolito). La luce del sole passa attraverso il catodo e l’elettrolito, e quindi ritira gli elettroni dall’anodo biossido di titanio, un semiconduttore sul fondo della cella. Questi elettroni viaggiano attraverso un cavo dall’anodo al catodo, creando corrente elettrica. In questo modo, l’energia del sole è convertita in energia elettrica.

La maggior parte dei materiali utilizzati per rendere questo cellulare è a basso costo, di facile fabbricazione e flessibili, il che permette loro di essere integrati in una grande varietà di oggetti e materiali. In teoria, la cella solare di Graetzel ha enormi possibilità. Purtroppo, nonostante l’eccellenza del concetto, questo tipo di cella ha due problemi principali che hanno impedito la commercializzazione su larga scala:

   1. L’elettrolita è  molto corrosivo, provocando una mancanza di durabilità, densamente colorato, impedendo il passaggio efficiente della luce, e limita il dispositivo fotovoltaico a 0,7 volt.

   2. Il catodo è coperto di platino, un materiale costoso, non trasparente e raro. Nonostante i numerosi tentativi, nessuno era riuscito a trovare una soluzione soddisfacente a tali problemi.

Il professor Marsan e il suo team hanno affrontato il problema utilizzando le tecnologie sviluppate per la cella elettrochimica. In particolare:

1. per l’elettrolita è stato creato un liquido o gel trasparente e non corrosivo che può aumentare il fotovoltaggio, migliorando l’uscita e la stabilità della cella;

2. per il catodo, il platino può  essere sostituito dal solfuro di cobalto, che è molto meno costoso, ed anche più efficiente, più stabile e più facile da produrre in laboratorio.

Riferimenti: http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.610.html

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