I ricercatori hanno progettato un imbuto per la raccolta della luce che assorbe la luce solare da qualsiasi direzione e la concentra su aree più piccole, come le celle solari ad alte prestazioni. Impilando più imbuti, ciascuno sintonizzato su una diversa lunghezza d'onda della luce, i ricercatori si aspettano che potrebbe essere possibile convertire l'intero spettro solare in elettricità con un'elevata efficienza.

Gli scienziati, guidato da Peter Jomo Walla presso l'Università di Braunschweig in Germania, hanno pubblicato un articolo sugli imbuti per la raccolta della luce in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

Sebbene esistano altri concentratori solari che raccolgono l'energia solare da grandi aree e la dirigono su aree più piccole, questi dispositivi devono affrontare alcune limitazioni. Ad esempio, non funzionano bene all'ombra, richiedendo invece l'irraggiamento solare diretto, e di conseguenza di solito si affidano a sistemi di inseguimento solare attivi.

La natura ha mostrato, però, che non è impossibile progettare un collettore solare che superi queste limitazioni. Negli organismi viventi che utilizzano la fotosintesi, centinaia di pigmenti orientati in modo casuale assorbono i fotoni anche dalla luce indiretta, e incanalare l'energia verso un centro di reazione fotosintetica. Ogni fase di questo processo avviene con un'efficienza quasi del 100%.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno modellato i nuovi imbuti per la raccolta della luce sul design della natura. I dispositivi sono costituiti da un gran numero di pigmenti "donatori" orientati casualmente che possono assorbire la luce da quasi tutti gli angoli incidenti, e incanalarlo su un numero minore di molecole "accettore" che sono tutte orientate in un'unica direzione per dirigere la luce su un dispositivo di fotoconversione. Questo concetto può ridurre le perdite intrinseche dei precedenti concentratori solari al di sotto del 10%.

"Riducendo al minimo i meccanismi di perdita intrinseca dei precedenti concentratori di luce, Credo che abbiamo trovato un concetto e una realizzazione accessibile che può aiutare a portare all'uso più diffuso di preziosi fotovoltaici ad alte prestazioni, " ha detto Walla Phys.org .

Nei test, i ricercatori hanno dimostrato che il nuovo concentratore solare assorbe circa il 99% della luce incidente, con perdite minime per riassorbimento e riflessione. Il dispositivo ha anche un'efficienza quantica di reindirizzamento della luce dell'80%, che secondo i ricercatori è il parametro più importante in quanto dipende dalla particolare lunghezza d'onda dei fotoni.

Nel futuro, i ricercatori si aspettano che questi dispositivi possano essere impilati uno sopra l'altro, con ogni dispositivo contenente diversi pigmenti corrispondenti a diverse gamme spettrali della luce solare. Poiché i materiali del dispositivo sono convenienti, una struttura sovrapposta potrebbe comportare un basso costo, metodo efficiente per raccogliere l'energia del sole dall'intero spettro solare.

"I pigmenti utilizzati nel nostro studio di prova del principio coprono attualmente solo la gamma spettrale del blu e non sono sufficientemente stabili per l'esposizione a lungo termine alla luce solare, " ha detto Walla. "Tuttavia, il nostro concetto consente di schermare una moltitudine di pigmenti stabili aggiuntivi di diversi colori per la loro capacità di agire sia come raccoglitori di luce che come reindirizzatori di luce. Siamo molto entusiasti di trovare ulteriori pigmenti adatti e architetture impilate per coprire l'intero spettro solare con un'elevata efficienza".

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