1. Celle fotovoltaiche:
L'elevata trasparenza del grafene e l'eccellente mobilità dei portatori di carica lo rendono un materiale ideale per gli elettrodi trasparenti nelle celle solari. Se combinato con materiali semiconduttori, il grafene può formare eterogiunzioni, migliorando l’efficienza dell’assorbimento della luce e della separazione della carica. Gli elettrodi trasparenti a base di grafene hanno dimostrato una migliore raccolta della luce e ridotte perdite di riflessione, portando a maggiori efficienze di conversione di potenza nelle celle solari.
2. Celle solari alla perovskite:
Materiali 2D, come il grafene e i dichalcogenuri dei metalli di transizione (TMDC), sono stati incorporati nelle celle solari in perovskite per migliorarne la stabilità e le prestazioni. Il grafene può fungere da strato di trasporto di carica, estraendo e trasportando in modo efficiente i portatori fotogenerati. I TMDC, come il disolfuro di molibdeno (MoS2), possono formare eterogiunzioni con le perovskiti, migliorando l'assorbimento della luce e riducendo le perdite di ricombinazione. Questi materiali 2D migliorano l’efficienza complessiva di conversione della potenza e la stabilità a lungo termine delle celle solari in perovskite.
3. Celle solari a punti quantici:
Il grafene e altri materiali 2D possono essere integrati con punti quantici per creare celle solari a punti quantici. La combinazione delle eccellenti proprietà di trasporto di carica del grafene e delle bande proibite sintonizzabili dei punti quantici consente un’efficiente raccolta della luce attraverso un ampio spettro dello spettro solare. Le celle solari ibride grafene-quantum dot hanno mostrato un migliore assorbimento della luce, una migliore separazione dei portatori di carica e una maggiore efficienza di conversione della potenza rispetto alle celle solari convenzionali a quantum dot.
4. Celle solari tandem:
I materiali 2D possono essere utilizzati nelle celle solari tandem per ottenere efficienze di conversione più elevate impilando più strati fotovoltaici con diversi intervalli di banda. Il grafene può fungere da strato di collegamento trasparente tra le sottocelle, facilitando un efficiente trasporto della carica e riducendo le perdite ottiche. Combinando il grafene con vari materiali semiconduttori, le celle solari tandem possono raggiungere efficienze di conversione di potenza più elevate, rendendole più efficienti nel convertire la luce solare in energia elettrica.
5. Gestione della luce:
Le proprietà ottiche uniche del grafene possono essere sfruttate per la gestione della luce nelle celle solari. Modellando il grafene in strutture specifiche, come array periodici o nanostrutture, è possibile manipolare la riflessione, l'assorbimento e la diffusione della luce solare. Ciò consente un migliore intrappolamento e utilizzo della luce all’interno della cella solare, migliorando l’efficienza complessiva della conversione della luce.
6. Scissione dell'acqua azionata dall'energia solare:
Il grafene e i materiali 2D si sono dimostrati promettenti per la scissione dell’acqua alimentata dall’energia solare, un processo di scissione dell’acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando la luce solare. Il grafene può agire come supporto catalitico, migliorando l’attività e la stabilità dei catalizzatori che scindono l’acqua. I TMDC, come il MoS2 e il disolfuro di tungsteno (WS2), possiedono bande proibite adeguate ed eccellenti proprietà di separazione della carica, che li rendono promettenti fotocatalizzatori per la scissione dell'acqua. Combinando il grafene e questi materiali 2D, è possibile sviluppare sistemi di scissione dell’acqua efficienti e stabili alimentati dall’energia solare per la produzione di idrogeno.
In sintesi, il grafene e altri materiali 2D offrono un’ampia gamma di possibilità per sfruttare l’energia solare. Le loro proprietà uniche consentono progressi nella tecnologia delle celle fotovoltaiche, nelle celle solari alla perovskite, nelle celle solari a punti quantici, nelle celle solari tandem, nella gestione della luce e nella scissione dell'acqua alimentata dall'energia solare. Questi materiali 2D hanno il potenziale per rivoluzionare la conversione dell’energia solare e contribuire allo sviluppo di tecnologie solari più efficienti e sostenibili.
