Pubblicato su Management Innovation Newsletter n. 19
I concentratori solari luminescenti (LSC) sono lastre semitrasparenti di materiali plastici drogate con cromofori che, a seguito dell’assorbimento della luce solare, riemettono fotoni a lunghezza d’onda maggiore. Questa luminescenza è guidata per riflessione totale interna ai bordi del dispositivo dove viene convertita in elettricità da celle fotovoltaiche convenzionali installate lungo il perimetro. Grazie alla loro elevata integrabilità architettonica, gli LSC sono considerati uno degli strumenti più promettenti per realizzare edifici a bilancio energetico vicino a zero in aree ad elevata urbanizzazione dove le superfici dei tetti non sono sufficienti per la produzione di tutta l’energia elettrica richiesta. Tuttavia, processi di riassorbimento e l’incapacità di sfruttare tutto lo spettro della luce solare hanno finora impedito la realizzazione di concentratori sufficientemente efficienti con dimensione compatibili coi requisiti di un dispositivo reale.
Recentemente (*) abbiamo introdotto decisivi miglioramenti in questa tecnologia utilizzando come cromofori quantum dot (QD) colloidali ingegnerizzati in cui diversi elementi della nanostruttura provvedono indipendentemente all’assorbimento e all’emissione della luce permettendo così di disaccoppiare i due processi. In particolare abbiamo sintetizzato QD di semiconduttori ternari I-III-VI2 non tossici, che eliminano le perdite per riassorbimento e offrono uno spettro di assorbimento esteso dal UV al vicino infrarosso. QD di CuInSexS2−x sono stati quindi incorporati in lastre di poliacrilati fotopolimerizzate per produrre prototipi di oltre 150 cm2 i quali, a dispetto di una trasparenza di circa l’80% nella regione del visibile, forniscono una efficienza record di conversione della potenza ottica del 3.2%. Inoltre, simulazioni di ray-tracing dimostrano che, utilizzando QD ad alta efficienza, le prestazioni dei dispositivi non degradano significativamente fino a dimensioni lineari intorno al metro. Infine i nostri LSC sono essenzialmente incolori, un requisito indispensabile per una loro semplice integrazione architettonica. L’analisi colorimetrica ha infatti dimostrato che i nostri LSC hanno un aspetto simile a quello di normali lenti per occhiali da sole bruno scure, non distorcono la luce trasmessa e non modificano la percezione cromatica nella visione indoor-to-outdoor.
In conclusione abbiamo dimostrato che è possibile realizzare LSC di grande superficie, stabili, non inquinanti e con buone efficienze di conversione. I prototipi realizzati in questo studio verranno al più presto integrati in finestre fotovoltaiche per passare alla fase di test sul campo.
Sono in corso di definizione dei protocolli di collaborazione tra l’Università di Milano Bicocca e Management Innovation per far sì che questa interessante ricerca diventi una importante iniziativa industriale. Vi riferiremo nei prossimi mesi…
(*) Nature Photonics, 8, 392–399 (2014)
Nature Nanotechnology 10, 878–885 (2015)