Finestre fotovoltaiche più efficienti grazie alle nanosfere di silicio

Grazie alla nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, che utilizza nanosfere di silicio, si avvicina l’industrializzazione delle finestre fotovoltaiche

Si avvicina la possibile industrializzazione delle finestre fotovoltaiche efficienti ed economiche, la cui tecnologia è stata sviluppata dai ricercatori del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Miano-Bicocca.
L’obiettivo è di arrivare a breve a realizzare pannelli fotovoltaici semitrasparenti e a basso costo, con efficienze fino al 5 per cento.

La nuova invenzione ha previsto di inserire nanosfere di silicio al posto di cadmio, indio o zolfo nei concentratori solari luminescenti (LSC), ovvero lastre di plastica che contengono nuove nano particelle fluorescenti che catturano e concentrano sui loro bordi la luce del sole e possono trasformare le vetrate degli edifici in generatori di energia pulita. Infatti in modo completamente invisibile per l’utente, sulle lastre vengono installate celle fotovoltaiche tradizionali che convertono la luce in corrente elettrica.

Uno dei problemi principali nello sviluppo di questa innovativa tecnologia è stato fino ad oggi quello di trovare materiali adatti per l’assorbimento e la concentrazione della luce solare.
I sistemi usati fino a ora mostravano infatti delle criticità: il cadmio perché a base di elementi potenzialmente tossici, l’indio e il selenio perché piuttosto costosi.

Lo studio appena pubblicato da Francesco Meinardi e Sergio Brovelli (docenti del Dipartimento di Scienza dei Materiali di Milano-Bicocca) su Nature Photonics ‘Efficient Luminescent Solar Concentrators based on Ultra-Earth-Abundant Indirect Band Gap Silicon Quantum Dots’ (DOI: 10.1038/NPHOTON.2017.5) presenta questa importante innovazione dell’utilizzo delle nanosfere di silicio per l’assorbimento della luce solare. Si tratta di un materiale – sottolineano i ricercatori – economico, abbondante in natura, non tossico.

“Tuttavia, nella sua forma convenzionale, non è in grado di riemettere la luce una volta che l’ha assorbita, tanto è vero che viene usato per le celle solari classiche che sono del tutto opache. In questo lavoro, realizzato in collaborazione con l’Università del Minnesota, siamo riusciti ad ingannare la natura riducendo le dimensioni dei nostri cristalli di silicio a pochi miliardesimi di millimetro. Su questa scala dimensionale è come se la natura non lo riconoscesse più come silicio e quindi gli permette di comportarsi come un eccellente emettitore che funziona benissimo all’interno dei nostri LSC”.

Si tratta di una tecnologia dall’immenso potenziale di sviluppo, basti infatti pensare alla superficie che in ogni edificio potrebbe fornire energia pulita, assicurando l’autonomia energetica agli inquilini e senza impattare in alcun modo sull’estetica degli immobili, ma anzi in questo campo si possono immaginare nuove opportunità nel design degli elementi architettonici, visto che si possono realizzare dispositivi di qualsiasi forma e colore.

Non solo finestre. Gli LSC possono assumere qualsiasi forma per essere integrati nei più svariati elementi architettonici.

Gli LSC possono essere integrati nelle vetrocamere a doppio o triplo vetro che compongono gli infissi tradizionali, trasformandoli a tutti gli effetti in pannelli solari semitrasparenti. Nell’immagine in alto si vede il prototipo di LSC integrato in una vetrocamera a triplo vetro.

Ricordiamo che le finestre fotovoltaiche hanno ricevuto lo scorso novembre, nel corso della R&D 100 Conference 2016, il prestigioso riconoscimento dello Special Recognition Award, in quanto innovazione che aiuta ad assicurare l’obiettivo di riduzione di consumi energetici.

Per aiuitare l’industrializzazione delle finestre fotovoltaiche è nato lo spin-off di ateneo, Glass to Power, da una partnership tra gli inventori della tecnologia dei Concentratori Solari Luminescenti, i Professori Francesco Meinardi e Sergio Brovelli, e la società di consulenza tecnologica Management Innovation.

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