Celle solari che si riparano da sole imitando le foglie

La nuova frontiera nel fotovoltaico sono le celle che imitano la fotosintesi delle piante. Queste celle, secondo gli esperti , sostituiranno presto quelle al silicio, perchè, con le dovute innovazioni tecnologiche, potranno essere più efficienti e a buon mercato. Una delle migliorìe apportate al modello potrebbe essere quella delle celle solari che si autorinnovano: l’ispirazione per questo progetto gli scienziati l’hanno presa proprio dai vasi linfatici che portano sostanze nutritive nelle foglie.

(Credit: Image courtesy of North Carolina State University)

In un nuovo studio i ricercatori della North Carolina State University, Orlin Velev e Hyung-Giu Koo hanno dimostrato che la creazione di dispositivi di celle solari con canali che imitano sistemi vascolari biologici può effettivamente rinvigorire le celle solari la cui performance si deteriora a causa del degrado dei raggi ultravioletti del sole. Le celle solari che si basano su sistemi organici sono meno costose e sono più ecologiche rispetto alle celle solari a base di silicio, quelle che rappresentano lo standard industriale corrente.

I nuovi dispositivi che imitano la natura sono un tipo di celle solari sensibilizzate con colorante (DSSC), composti da un nucleo di gel a base d’acqua , elettrodi, molecole di colorante organico, poco costose e sensibili alla luce, che catturano la luce e generano corrente elettrica.

Ma questo processo ha un difetto: infatti le molecole di colorante che vengono eccitate dai raggi del sole e producono energia elettrica, si degradano perdendo di efficienza,  e quindi hanno bisogno di essere ricaricate per riavviare l’efficacia del dispositivo e sfruttare appieno la potenza del sole.

“Il materiale organico delle DSSCs tende a degradarsi, quindi abbiamo preso esempio dalla natura per risolvere il problema”, ha detto Velev. “Abbiamo considerato come la rete ramificata di  una foglia mantenga l’acqua e i nutrienti  a buoni livelli in tutta la foglia. I nostri microcanali nella cella solare funzionano in modo simile. Le celle fotovoltaiche, rese inefficaci dalle elevate intensità dei raggi ultravioletti, sono state rigenerate mediante il pompaggio di colore fresco nei canali, mentre quello vecchio veniva espulso dalla cella. Questo processo ripristina l’efficacia del dispositivo di produzione di energia elettrica per più cicli. “

Gli esperti hanno spiegato che il disegno della “vascolarizzazione” è stato scelto fra molti. Tutti sono stati sperimentati e il più efficiente è risultato essere proprio quello che riprendeva il disegno di strutture naturali come le foglie.

Una recente ricerca sulle celle fotovoltaiche organiche si avvale dei principi della fisica quantistica per migliorare l’efficienza delle celle, attraverso la gestione degli spin degli elettroni