I colori della luce: le celle di Grätzel raggiungono il 30% di efficienza

da Hardware Upgrade :

Le celle di Grätzel, inventate nel 1991 da Michael Grätzel e Brian O’Regan, a volte chiamate dye-sensitized solar cell (DSSC o DSC), sono delle particolari celle fotoelettrochimiche costituite da due vetri conduttori, che ricoprono il ruolo di elettrodi, separati da uno strato di biossido di titanio (TiO2). I coloranti organici presenti al loro interno sostituiscono integralmente il silicio utilizzato nei moduli classici e da poco hanno superato il loro limite di efficienza, segnando un 30% da record presso lo stesso Istituto che le vide venire alla luce, l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Qui il paper di ricerca, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature.

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Contrariamente alle sorelle di silicio, le celle di Grätzel per molto tempo sono rimaste nell’ombra, lavorando su se stesse e migliorandosi, ritagliandosi spazi sempre più importanti nell’edilizia e nell’elettronica elettronica per via delle loro caratteristiche tecniche peculiari, come la trasparenza, il colore (che le rende simili alle vetrate) l’estrema flessibilità e la capacità di sfruttare anche la luce ambientale diffusa oltre a quella incidente. Ora sono pronte per un secondo debutto, forti di un livello di efficienza veramente impressionante.

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Per arrivare a questo risultato gli scienziati dell’EPFL hanno lavorato sia sui fotosensibilizzatori sia su altri componenti delle DSSC con diverse strategie, una delle quali riprendere la logica dell’approccio “tandem” dei moduli perovskite-silicio, di cui abbiamo parlato in questo articolo. Nell’assemblare le celle solari con i diversi pigmenti è possibile utilizzare una tecnica chiamata co-sensibilizzazione che vede l’impiego, in una sola unità, di due o più coloranti diversi. In questo modo è possibile ottenere un assorbimento ottico complementare, aumentando la porzione di spettro sfruttabile e l’efficienza di conversione. Trovare la giusta alchimia fra i diversi pigmenti è tutt’altro che semplice e richiede un enorme lavoro di progettazione, sintesi e screening molecolare, ma gli scienziati dei gruppi Grätzel e Anders Hagfeldt dell’EPFL hanno sviluppato un metodo per migliorare l’assemblaggio di due nuove molecole di pigmento fotosensibilizzanti e aumentare le prestazioni fotovoltaiche delle DSSC senza andare per tentativi o perdersi in migliaia di calcoli.

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Le nuove celle di Grätzel vantano un’efficienza di conversione del 15,2% alla luce solare diretta, con una stabilità operativa a lungo termine di oltre 500 ore. L’aumento della superficie attiva di 2,8 cm2 ha alzato esponenzialmente la percentuale, arrivando quasi al doppio, fra il 28,4% e il 30,2% in un ampio intervallo di intensità della luce ambientale, mantenendo ancora una volta un’ottima stabilità operativa.


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