Finestre fotovoltaiche grazie a un nuovo tipo di concentratori solari luminescenti

Il team di ricerca del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca coordinato dai professori Francesco Meinardi e Sergio Brovelli, in collaborazione con il gruppo guidato da Victor I. Klimov del Los Alamos National Laboratory (U.S.A.) e con Hunter McDaniel dell’azienda UbiQD, ha sviluppato nuove finestre solari super efficienti. Si tratta di lastre di plastica o vetro con speciali nanoparticelle fluorescenti che catturano e concentrano la luce solare trasformando la finestra in un pannello solare.
Grazie alle piccole celle solari poste lungo il perimetro della finestra che convertono la luce in elettricità, anche una finestra parzialmente trasparente diventa un generatore di elettricità in grado alimentare i computer di un ufficio o l’illuminazione interna di un’abitazione.
Come spiegano i ricercatori di Milano-Bicocca, i nuovi vetri presentano diversi vantaggi che li rendono adatti a essere utilizzati dalle aziende: non contengono cadmio, né altri metalli, quindi non sono tossici; inoltre sono super efficienti perché assorbono la luce da tutto lo spettro solare e al tempo stesso non riassorbono la loro stessa luminescenza. I nuovi vetri infine sono incolori, superando così uno dei limiti più grandi per l’applicazione in edilizia civile, ovvero l’impatto estetico.
“Affinché questa tecnologia potesse uscire dai laboratori di ricerca ed esprimere il suo potenziale nell’edilizia sostenibile – spiega Francesco Meinardi – è stato necessario abbandonare schemi composizionali delle nanoparticelle dati per scontati fino a ieri. Invece di continuare a lavorare con i classici cristalli semiconduttori a base di metalli pesanti come il cadmio o il piombo noi abbiamo realizzato nanoparticelle costituite da leghe di più elementi, riuscendo ad ottenere concentratori non tossici, con straordinarie capacità di assorbimento della luce del sole, e che al contempo preservano la caratteristica chiave di non riassorbire la luce emessa da loro stessi. In questo modo abbiamo coniugato le elevate efficienze e le grandi dimensioni richieste per la costruzione di elementi architettonici reali. Il fattore estetico è poi di fondamentale importanza perché una soluzione tecnologica per essere accettata non può andare a discapito della qualità della vita”.
Il lavoro, recentemente pubblicato su Nature Nanotechnology, è stato realizzato grazie a finanziamenti di Fondazione Cariplo e dell’Unione Europea. La caratteristica, mai raggiunta finora, di aumentare grandemente l’efficienza fotovoltaica e di ottenere lastre essenzialmente incolori, “molto simili alle tipiche lenti degli occhiali da sole grigio-brune, fa sì che queste nuove finestre fotovoltaiche si integrino in modo ‘invisibile’ nel contesto urbano”, sottolinea Francesco Carulli che ha lavorato al progetto durante la sua tesi di Laurea in Scienza dei Materiali per la quale è stato insignito del premio “Technology for human beings” della Prismian Group.
“Questa tecnologia – conclude Sergio Brovelli -, di cui noi avevamo fornito la prova di principio solo un anno fa, diviene ora una realtà facilmente scalabile per la produzione industriale e potrà essere immediatamente utilizzata nella green architecture e nella building sustainability. Con questi nuovi nano-materiali altamente performanti, sarà possibile nel breve periodo realizzare finestre fotovoltaiche o altri elementi architettonici flessibili e semi-trasparenti per convertire non solo i tetti ma tutte le parti di un edificio in generatori di energia solare, come sempre più fondamentale nei contesti ad elevata urbanizzazione. Le nostre stime indicano che sostituendo le vetrate tradizionali di un grattacielo come lo Shard di Londra con i concentratori che abbiamo brevettato, si genererebbe l’energia necessaria alla totale auto-sostenibilità di circa 300 appartamenti. Aggiungete a queste cifre il risparmio energetico derivante dal ridotto ricorso al condizionamento ambientale, grazie all’assorbimento della luce solare da parte dei concentratori solari che limita il sovra riscaldamento degli edifici, e avete una tecnologia potenzialmente rivoluzionaria per le città a energia zero del futuro”.

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