Uno studio sui “carbon dot” per finestre fotovoltaiche ecosostenibili

Una ricerca guidata da Alberto Vomiero, professore all’università Ca’ Foscari di Venezia e alla svedese Luleå Tekniska Universitet, ha ottenuto importanti risultati nello sviluppo delle particelle necessarie al funzionamento degli LSC.

LSC è l’acronimo inglese per denominare i concentratori solari luminescenti, dei collettori solari di grande area accoppiati a celle solari di piccola area, che portano a ottenere la conversione solare-elettrica.

Gli LSC sono delle “finestre colorate” semitrasparenti , che presentano in superficie dei pigmenti che ricevono la luce solare e la rimettono verso celle fotovoltaiche accoppiate al bordo del dispositivo, che convertono l’emissione concentrata in elettricità.

Le finestre che generano energia elettrica attraverso l’assorbimento della luce sono tra le tecnologie emergenti nell’edilizia e rappresentano un’elegante soluzione per facciate semitrasparenti o colorate per la costruzione di dispositivi di fotovoltaico integrato.

La tecnologia LSC è nota da anni, risale a 40 anni fa circa, ma non ha ancora raggiunto delle caratteristiche tali da renderla abbastanza matura per il mercato, poiché è ancora una grande sfida ottenere un’elevata efficienza di conversione solare-elettrica a basso costo attraverso le celle solari.

Nella pubblicazione sullo studio dei concentratori solari luminescenti vengono individuati i tre punti chiave per far entrare nel mercato questi dispositivi:

-la rimozione delle perdite di luce dovute al riassorbimento durante la raccolta della luce;
-l’elevata efficienza di conversione da luce a energia elettrica del dispositivo finale;
-la stabilità a lungo termine della struttura LSC correlata alla stabilità sia della matrice che dei luminopori.

Per questo motivo il mondo della ricerca si sta attivando per rendere questa tecnologia  più efficiente ed ecologica possibile, sviluppando nuovi fluorofori altamente efficienti in grado di garantire adeguate proprietà ottiche.

La sperimentazione italo-cinese coordinata da Alberto Vomiero ha compiuto un passo avanti in questa direzione, impiegando come pigmenti delle nanoparticelle di carbonio e sviluppando un metodo per produrne una grande quantità, di dimensione inferiore al milionesimo di millimetro.

“La ricerca dimostra che è possibile produrre LSC ecosostenibili - spiega Alberto Vomiero - a partire da carbon quantum dots ottenuti da acido citrico e urea con un processo sottovuoto. La radiazione che viene convertita in energia elettrica non è quella che incide sulla finestra, ma quella generata dai carbon dot, i quali assorbono parte della luce incidente e riemettono luce che viene "guidata" dal vetro della finestra fino al bordo, dove sono posizionate le celle solari”.

Queste particelle, note come “carbon dot”, offrono ampio spettro di assorbimento, alto rendimento quantico, non sono tossiche e quindi rispettano l’ambiente, hanno un costo basso, rendendo un’altissima efficienza.

Grazie a questo studio, gli LSC possono diventare uno strumento appetibile per l’industria del settore energetico e nell’edilizia, poiché possono essere applicati nei rivestimenti semitrasparenti degli edifici, portandoli a generare energia elettrica rinnovabile.

L’efficienza e il metodo produttivo dei carbon dot dimostrati dai risultati dello studio rappresentano un’innovazione che non verrà trascurata, soprattutto in un momento come questo, dove le tecnologie solari attirano molta attenzione grazie all’uso sostenibile della luce solare per la produzione di energia rinnovabile e pulita, poiché possono contribuire ad affrontare l'attuale crisi energetica e i cambiamenti climatici.

Lo studio sugli LSC eco-friendly è stato pubblicato da Energy and Environmental Science, una delle più rilevanti riviste scientifiche, e ha visto la collaborazione di scienziati provenienti da numerose università internazionali, tra cui Ca’ Foscari, la Wuhan University of Technologye e il Laboratory of New Fiber Metaril and Modern Textile.