Due invenzioni canadesi renderanno il solare più efficiente e meno costoso

Grazie a due tecnologie messe a punto dal professor Benoît Marsan e dal suo team alla Université du Québec à Montréal (UQAM), Dipartimento di Chimica, il futuro scientifico e commerciale delle celle solari potrebbe essere totalmente rivoluzionato. Il professor Marsan ha messo a punto le soluzioni per due problemi che, negli ultimi venti anni, hanno ostacolato lo sviluppo di celle solari efficienti e accessibili a tutti. I suoi risultati sono stati pubblicati in due riviste scientifiche, il Journal of American Chemical Society (OCCAR) e Nature Chemistry.

La prima soluzione riguarda il potenziale non sfruttato dell’energia solare. La Terra riceve più energia solare in un’ora di quanto tutto il pianeta attualmente consuma in un anno. Purtroppo, nonostante questo enorme potenziale, l’energia solare è poco sfruttata. L’energia elettrica prodotta dalle celle solari convenzionali, composte da materiali semiconduttori come il silicio, è di 5 o 6 volte più costosa rispetto alle fonti energetiche tradizionali, come i combustibili fossili o l’energia idroelettrica. Nel corso degli anni, numerosi gruppi di ricerca hanno tentato di sviluppare una cella solare che sarebbe sia efficiente in termini di energia che poco costosa da produrre.

Una delle più promettenti celle solari è stata progettata nei primi anni ’90 dal professor Michael Graetzel della Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in Svizzera. Sulla base del principio della fotosintesi, la cella di Graetzel è composta da uno strato poroso di nanoparticelle di un pigmento bianco, biossido di titanio, coperto con un tintura molecolare che assorbe la luce del sole, come la clorofilla nelle foglie. Il biossido di titanio rivestito è immerso in una soluzione elettrolitica, e un catalizzatore di platino completa il pacchetto.

Come in una cella elettrochimica convenzionale (come una batteria alcalina), due elettrodi (l’anodo di biossido di titanio e il catodo di platino nella cella di Graetzel) sono posti su entrambi i lati di un conduttore liquido (l’elettrolito). La luce del sole passa attraverso il catodo e l’elettrolito, e quindi ritira gli elettroni dall’anodo biossido di titanio, un semiconduttore sul fondo della cella. Questi elettroni viaggiano attraverso un cavo dall’anodo al catodo, creando corrente elettrica. In questo modo, l’energia del sole viene convertita in energia elettrica.

La maggior parte dei materiali utilizzati per rendere questo cellulare sono a basso costo, di facile fabbricazione e flessibili, il che permette loro di essere integrati in una grande varietà di oggetti e materiali. In teoria, la cella solare di Graetzel ha enormi possibilità. Purtroppo, nonostante l’eccellenza del concetto, questo tipo di cella ha due problemi principali che hanno impedito la commercializzazione su larga scala:

1. L’elettrolito è molto corrosivo, provocando una mancanza di durabilità, densamente colorato, impedendo il passaggio efficiente della luce, e limita il dispositivo fotovoltaico a 0,7 volt.
2. Il catodo è coperto di platino, un materiale costoso, non trasparente e raro. Nonostante i numerosi tentativi, nessuno era riuscito a trovare una soluzione soddisfacente a tali problemi.

Il professor Marsan e il suo team hanno lavorato per diversi anni alla progettazione di una cella elettrochimica solare. Il suo lavoro ha coinvolto nuove tecnologie, per il quale ha ricevuto numerosi brevetti. Si è poi reso conto che due delle tecnologie sviluppate per la cella elettrochimica possono essere applicate anche alla cella solare Graetzel, in particolare: per l’elettrolita è stato creato un liquido o gel trasparente e non corrosivo che può aumentare il fotovoltaggio, migliorando l’uscita e la stabilità della cella; per il catodo, il platino può essere sostituito dal solfuro di cobalto, che è molto meno costoso, ed anche più efficiente, più stabile e più facile da produrre in laboratorio. In questo modo si potranno creare celle più efficienti e meno costose, per far emergere definitivamente il settore del solare.

Fonte: [Sciencedaily]