La casa diventa un pannello solare grazie alle nano particelle quantiche

Trasformare qualsiasi superficie in una superficie fotovoltaica, grazie ai quantum dot, i punti quantici: è quello che sta realizzando un team di ricercatori provenienti dalla Los Alamos National Laboratory in collaborazione con l’università degli Studi di Milano-Bicocca.

Lo studio, pubblicato su Nature Photonics, si basa sullo sviluppo di concentratori solari luminescenti (LSC) che utilizzano una nuova generazione di punti quantici progettati appositamente.

Il concentratore è realizzato da una lastra di materialetrasparente, fatta di vetro o plastica, che contiene specie otticamente attive, come i quantum dot. I punti quantici sono semiconduttori che si compongono di nano strutture, che possono essere progettate grazie alla chimica colloidale: variando le dimensioni del quantum dot varia anche la loro colorazione.

I quantum dot sono elementi sempre più importanti per il settore fotovoltaico: variandone le dimensioni, il punto quantico massimizza le sue performance all’interno delle celle solari.

Ma i concentratori solari messi a punto finora impiegano i cromofori: un materiale attivo che assorbe la luce solare trasmettendola alla cella. La particolarità dei cromofori è quella di riassorbire la propria luce, fino a rendere nullo il processo ai bordi della lastra su cui sono disposti.

I quantum dot vengono incorporati nel concentratore, costruendo una sorta di doppia struttura in cui una particella avvolge il cristalli colloidali: in questo modo è possibile evitare il riassorbimento della luce.

Francesco Meinardi, uno dei coordinatori italiani dello studio Large-area luminescent solar concentrators based on ‘Stokes-shift-engineered’ nanocrystals in a mass-polymerized PMMA matrix, ha spiegato:

Il vantaggio di questi sistemi è che permettono di disaccoppiare i processi di assorbimento e di emissione della luce: l’assorbimento avviene nel guscio che immediatamente trasferisce l’energia accumulata al nocciolo da cui avviene l’emissione luminosa.

Un ulteriore passo avanti del team italo-americano è stato quello di progettare un particolare quantum dot basato sulla netta separazione tra le bande di emissione della luce e quelle di assorbimento. Il quantum dot speciale,chiamato “Stokes-shift”, permette di minimizzare ulteriormente il processo di ri-assorbimento della luce.

Sergio Brovelli, coordinatore dello studio insieme Francesco Meinardi e Victor I. Klimov del Los Alamos National Laboratory (U.S.A.), ha concluso:

Questa tecnologia è immediatamente scalabile per l’industria e può essere utilizzata nella green architecture e nella building sustainability. Con questi nano-materiali, tutte le parti di un edificio possono diventare pannelli solari, incluse finestre e facciate, favorendone l’auto-sostenibilità. Inoltre la possibilità di realizzare dispositivi di qualsiasi forma e colore offre nuove eccitanti opportunità nel design di elementi architettonici intelligenti.

16 aprile 2014
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