Il futuro del solare sta nell’utilizzo dei nanomateriali quantistici. L’attuale generazione di celle solari ormai si avvicina ai limiti delle sue prestazioni e solo con l’applicazione di questi materiali sarà possibile aumentarne l’efficienza di conversione della luce del sole in energia, che oggi raramente supera il 20% delle radiazioni ricevute.
Quando la dimensione di un materiale diventa comparabile con l’estensione spaziale degli elettroni che lo occupano, infatti, dimostra proprietà ottiche ed elettriche particolari. E’ il caso di certi nanocristalli semiconduttori inorganici, che permettono di assorbire fotoni di luce a bassa energia, come quelli della luce ultravioletta, e di convertirli in fotoni a energia più alta, in grado di dar luogo al normale processo fotovoltaico, ampliando in questo modo lo spettro solare convertito in elettricità e quindi raddoppiando o addirittura triplicando l’efficienza delle celle attuali.
Mentre il salto dalla prima generazione, basata sul silicio cristallino, alla seconda generazione, basata sulle tecnologie a film sottile, è stata dettata dall’esigenza di ridurre i costi, il passaggio dalla seconda alla terza generazione è tutto incentrato sulla necessità di performance migliori. Gli scienziati impegnati su questo fronte stanno cercando di regolare le proprietà dei nanomateriali, in modo tale da far loro svolgere al meglio il compito di assorbire la luce, per arrivare a efficienze di conversione che potrebbero anche superare il 60%, in base ai calcoli teorici dei ricercatori americani del National Renewable Energy Laboratory, i primi a ottenere risultati tangibili con dei dispositivi basati sui punti quantici.
E’ a questo obiettivo che stanno puntando anche gli scienziati del Moscow Engineering Physics Institute (Mephi), che hanno inventato una tecnologia per creare un materiale di tipo nuovo basato sui punti quantici, i cui risultati sono stati appena pubblicati dal Journal of Physical Chemistry Letters. I nanocristalli semiconduttori utilizzati dagli scienziati moscoviti formano un reticolo grazie a elementi spaziatori, che consentono ai punti quantici di mantenere le proprie caratteristiche individuali, creando però un ambiente compatto che dà la possibilità alla corrente elettrica di passare. Per ottenere una copertura di buona qualità è necessario selezionare attentamente il tipo di molecole organiche che andranno a “cucire” tra loro i punti quantici, per allargare lo spettro di assorbimento della luce solare.
Gli scienziati del Mephi hanno inventato una tecnologia di sostituzione degli spaziatori dei punti quantici a temperatura ambiente, il che permette di cambiare la distanza tra i punti quantici e al tempo stesso regolare l’efficacia della trasmissione di energia e carica. “In questo modo si semplifica notevolmente l’ottimizzazione delle caratteristiche optoelettroniche delle celle basate sui punti quantici”, commenta Vladimir Nikitenko, uno degli autori della ricerca.
Da qui a vedere celle solari ai punti quantici sul mercato, ce ne corre. Ma la ricerca sul fotovoltaico a nanocristalli semiconduttori si dà 10, massimo 15 anni, per arrivare a risultati concreti, che potrebbero rivoluzionare le prospettive di crescita del solare e di conseguenza anche le possibilità di soddisfare la domanda elettrica dell’umanità con una fonte rinnovabile e pulita.
