Mentre la luce del sole filtra attraverso un baldacchino di foresta, la clorofilla è al lavoro per catturare l'energia dei fotoni. Ispirato dalla natura, i ricercatori di NTNU stanno lavorando su coloranti che catturano la luce per le celle solari per generare elettricità.

Queste non sono il tipo di celle solari che vedrai sul tetto di un edificio. In quelle celle solari al silicio, la luce colpisce uno dei due strati semiconduttori e libera gli elettroni per saltare tra gli strati. È il movimento di questi elettroni che crea una corrente elettrica. Una cella solare sensibile al colorante (DSSC) funziona in modo simile, ma uno degli strati semiconduttori viene sostituito con un colorante fotosensibile che assorbe la luce e rilascia invece elettroni.

Le celle solari sensibilizzate al colorante tendono a non essere così efficienti nel convertire la luce in elettricità come le loro controparti in silicio. Ma funzionano in condizioni di scarsa illuminazione, e può essere trasparente e flessibile, quindi sono più adatti ad alcune applicazioni. Per trarre il massimo vantaggio dai DSSC, un progetto di ricerca parzialmente finanziato dal Consiglio per la ricerca norvegese (RCN) sta cercando modi per aumentare la propria efficienza.

In un articolo pubblicato sulla rivista Dyes and Pigments, NTNU Ph.D. candidato David Moe Almenningen e colleghi, Strano Reidar Gautun, Bård Helge Hoff e Svein Sunde hanno dimostrato che l'aggiunta di una particolare molecola ai coloranti può aumentare le sue proprietà di raccolta della luce, anche se finora la luce aggiuntiva ha un costo.

Per raccogliere la luce, un colorante deve agire come donatore di elettroni e accettore di elettroni.

"Quando questa molecola viene colpita da un raggio di sole, quindi l'elettrone si sposta dalla parte ricca di elettroni alla parte povera di elettroni, "dice Almenningen.

Aggiungendo qualcosa tra il donatore e l'accettore, i chimici sono in grado di aumentare la quantità di luce raccolta dalle cellule.

La ricerca di Almenningen sta studiando l'aggiunta di composti contenenti tiofeni, una molecola simile al benzene ma contenente zolfo. I tiofeni sono ricchi di elettroni, quindi ci si aspetterebbe di aumentare le proprietà di raccolta della luce del colorante, lui dice. E recenti esperimenti dimostrano che lo fanno:il colorante con più tiofeni era quello che raccoglieva più luce.

Non un miglioramento—ancora

Però, si scopre che aumentare la quantità di luce catturata da un colorante non significa automaticamente migliori celle solari. In parole povere:potresti ottenere più elettroni, ma non necessariamente vanno dove vuoi che vadano.

Nei suoi esperimenti, Almenningen scoprì che sebbene assorbisse la maggior parte della luce, il colorante con il maggior numero di tiofeni produceva effettivamente la cella solare meno efficiente.

"Pensi di fare qualcosa di geniale aumentando la capacità di raccolta della luce, ma poi ci sono altre reazioni in corso nella cella solare che sono influenzate negativamente da queste modifiche, " lui dice.

Offre potenziali vantaggi

Lui ei suoi colleghi sperano di trovare un modo per evitare quegli effetti controproducenti e sfruttare la migliore raccolta di luce. Il loro prossimo passo è provare a modificare chimicamente il colorante in modo che gli elettroni possano andare solo in una direzione. Se questo ha successo, potrebbe portare a celle solari più efficienti.

Trovare un modo per aumentare l'efficienza dei DSSC è uno degli ostacoli all'uso diffuso. L'attuale massima efficienza è di circa il 12%, rispetto a circa il 20% per una tradizionale cella solare al silicio commerciale.

Se i ricercatori riusciranno a sfruttare in modo più efficace la luce catturata dai coloranti in queste celle solari, Le DSSC potrebbero offrire un vantaggio rispetto alle tradizionali celle solari cristalline quando si tratta di aumentare le dimensioni:sono economiche da realizzare, perché non hanno bisogno di una camera bianca o della tecnologia del vuoto.

Una strada promettente per i DSSC sarebbe quella di integrarli negli edifici per catturare la luce più fioca che si trova tipicamente all'interno.

"Ecco dove brillano queste celle solari, " dice Almenningen. "Inoltre hanno un aspetto piuttosto carino. Puoi personalizzare qualsiasi colore tu voglia, possono essere trasparenti."

Per Almenningen, anche se, la ricompensa sta nel capire come la modifica della struttura chimica influenzi le prestazioni del colorante:"La chimica in sé è ciò che affascina".