Le nanoparticelle conferiscono ai pannelli solari un colore verde

I ricercatori dell’AMOLF, dell’Università di Amsterdam (UvA) e del Centro di ricerca sull’energia dei Paesi Bassi (ECN) hanno sviluppato una tecnologia per creare pannelli solari efficienti di colore verde brillante. Matrici di nanoparticelle di silicio integrate nel vetro del modulo frontale di una cella solare a eterogiunzione di silicio disperdono una banda stretta dello spettro solare e creano un aspetto verde per un’ampia gamma di angoli. Il resto dello spettro solare è accoppiato in modo efficiente nella cella solare. La corrente generata dal pannello solare viene ridotta solo del 10%. La realizzazione di efficienti pannelli solari colorati è un passo importante per l’integrazione dei pannelli solari nell’ambiente costruito e nel paesaggio. Il nuovo design è stato pubblicato online il 15 agosto 2017 in Lettere di fisica applicata.

La ricerca sul fotovoltaico si è molto concentrata sulla massimizzazione della resa elettrica ottenuta dai pannelli solari: oggi i pannelli commerciali hanno un’efficienza massima di conversione dalla luce solare in energia elettrica di circa il 22%. Per raggiungere un’efficienza così elevata, le celle solari al silicio sono state dotate di una superficie strutturata con uno strato antiriflesso per assorbire quanta più luce possibile. Questo crea un aspetto blu scuro o nero dei pannelli solari.

Pannelli solari verdi

Per creare i pannelli solari colorati i ricercatori hanno utilizzato l’effetto di Mie scattering, la retrodiffusione risonante della luce con un colore particolare da parte delle nanoparticelle. Hanno integrato array densi di nanocilindri di silicio con un diametro di 100 nm nel coperchio del modulo superiore di una cella solare a eterogiunzione di silicio ad alta efficienza. A causa della natura risonante dell’effetto di diffusione della luce, viene riflessa solo la parte verde dello spettro; gli altri colori sono completamente accoppiati nella cella solare. La corrente generata dal mini pannello solare (0,7 x 0,7 cm²) è ridotto solo del 10%. Il pannello solare appare verde su un’ampia gamma di angoli fino a 75 gradi. Le nanoparticelle sono fabbricate utilizzando la litografia a impronta morbida, una tecnica che può essere facilmente scalata fino alla fabbricazione di grandi aree.

Materiali da costruzione

L’effetto di diffusione della luce dovuto alle risonanze di Mie è facilmente controllabile: modificando le dimensioni delle nanoparticelle è possibile regolare la lunghezza d’onda della diffusione della luce risonante. Seguendo questo principio i ricercatori stanno ora lavorando per realizzare celle solari in altri colori e su una combinazione di colori diversi per creare pannelli solari dall’aspetto bianco. Per l’applicazione su larga scala dei pannelli solari, è essenziale che il loro colore possa essere personalizzato. In questo modo, i pannelli solari diventano materiali da costruzione che possono essere utilizzati in molti modi diversi: i pannelli rossi possono fungere da tegole, quelli bianchi possono fungere da pareti negli edifici. E i pannelli solari posti in natura sono idealmente verdi, quindi sono invisibili.