Grazie a due tecnologie sviluppate dal Professor Benoit Marsan e dal suo team presso il Dipartimento di Chimica dell'Universite du Quebec a Montreal (UQAM), il futuro scientifico e commerciale delle celle solari potrebbe essere totalmente trasformato. Il professor Marsan ha trovato soluzioni per due problemi che, negli ultimi vent'anni, hanno ostacolato lo sviluppo di celle solari efficienti e convenienti.

I suoi risultati sono stati pubblicati su due prestigiose riviste scientifiche, il Giornale della Società Chimica Americana ( JACS ) e Chimica della natura .

Il potenziale inespresso dell'energia solare

La Terra riceve più energia solare in un'ora di quanta l'intero pianeta ne consumi attualmente in un anno! Sfortunatamente, nonostante questo enorme potenziale, l'energia solare è poco sfruttata. L'elettricità prodotta dalle celle solari convenzionali, composto da materiali semiconduttori come silicio, è 5 o 6 volte più costoso rispetto alle fonti energetiche tradizionali, come i combustibili fossili o l'energia idroelettrica. Negli anni, numerosi team di ricerca hanno tentato di sviluppare una cella solare che fosse sia efficiente in termini di energia che economica da produrre.

Celle solari sensibilizzate al colorante

Una delle celle solari più promettenti è stata progettata all'inizio degli anni '90 dal professor Michael Graetzel dell'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) in Svizzera. Basato sul principio della fotosintesi, il processo biochimico mediante il quale le piante convertono l'energia luminosa in carboidrati (zucchero, loro cibo):la cella solare Graetzel è composta da uno strato poroso di nanoparticelle di un pigmento bianco, diossido di titanio, ricoperto da un colorante molecolare che assorbe la luce solare, come la clorofilla nelle foglie verdi. Il biossido di titanio pigmentato viene immerso in una soluzione elettrolitica, e un catalizzatore a base 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'elettrolita). La luce solare passa attraverso il catodo e l'elettrolita, e poi preleva elettroni dall'anodo di biossido di titanio, un semiconduttore nella parte inferiore della cella. Questi elettroni viaggiano attraverso un filo dall'anodo al catodo, creando una corrente elettrica. In questo modo, l'energia del sole viene convertita in elettricità.

La maggior parte dei materiali utilizzati per realizzare questa cella sono a basso costo, facile da produrre e flessibile, consentendo loro di essere integrati in un'ampia varietà di oggetti e materiali. In teoria, la cella solare Graetzel ha enormi possibilità. Sfortunatamente, nonostante l'eccellenza del concept, questo tipo di cella ha due grossi problemi che ne hanno impedito la commercializzazione su larga scala:

• L'elettrolita è:a) estremamente corrosivo, con conseguente mancanza di durata; b) densamente colorato, impedendo il passaggio efficiente della luce; e c) limita la fototensione del dispositivo a 0,7 volt.
  
• Il catodo è ricoperto di platino, un materiale che è costoso, non trasparente e raro.

Nonostante i numerosi tentativi, fino al recente contributo del professor Marsan, nessuno era riuscito a trovare una soluzione soddisfacente a questi problemi.

Le soluzioni del professor Marsan

Il professor Marsan e il suo team stanno lavorando da diversi anni alla progettazione di una cella solare elettrochimica. Il suo lavoro ha coinvolto nuove tecnologie, per il quale ha ricevuto numerosi brevetti. Considerando i problemi della cellula sviluppati dal collega svizzero, Il professor Marsan si è reso conto che due delle tecnologie sviluppate per la cella elettrochimica potevano essere applicate anche alla cella solare Graetzel, nello specifico:

• Per l'elettrolita, in laboratorio sono state create molecole completamente nuove la cui concentrazione è stata aumentata grazie al contributo del professor Livain Breau, anche del Dipartimento di Chimica. Il liquido o gel risultante è trasparente e non corrosivo e può aumentare la fototensione, migliorando così l'output e la stabilità della cella.
  
• Per il catodo, il platino può essere sostituito dal solfuro di cobalto, che è molto meno costoso. È anche più efficiente, più stabile e più facile da produrre in laboratorio.

Subito dopo la loro pubblicazione in JACS e Chimica della natura , Le proposte del professor Marsan sono state accolte con entusiasmo dalla comunità scientifica. Molti vedono il suo contributo come un importante passo avanti nella ricerca sulla produzione di celle solari a basso costo ed efficienti.