REALIZZATO NUOVO DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO TRASPARENTE INTEGRABILE NEGLI EDIFICI

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1 COMUNICATO STAMPA REALIZZATO NUOVO DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO TRASPARENTE INTEGRABILE NEGLI EDIFICI La collaborazione virtuosa tra Industria (Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili e l'ambiente - Novara) e Accademia (Università degli Studi di Pavia, di Genova e del Piemonte Orientale) ha permesso lo sviluppo di una nuova generazione di concentratori solari a fluorescenza con prestazioni migliorate rispetto ai dispositivi esistenti (tra il 50 e il 500%). Il risultato è stato possibile grazie all'introduzione di una nanostruttura fotonica nella forma di uno strato di nanosfere, che favorisce il light harvesting, ossia la raccolta della luce solare all'interno del dispositivo. Immagine di concentratori solari ad emissione nel blu, nel giallo e nel rosso durante eccitazione con luce bianca. Schema del dispositivo: in giallo il concentratore (LSC), in nero le celle fotovoltaiche laterali, sulla superficie lo strato di nanosfere. Il lavoro multidisciplinare che ha coinvolto per oltre 3 anni i Ricercatori del Centro Ricerche ENI nonché dei Fisici e Chimici Industriali delle tre Università Italiane è stato recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista Advanced Optical Materials (DOI: /adom ), mentre è in corso la procedura per la concessione del brevetto. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO I concentratori solari a fluorescenza sono delle finestre semitrasparenti che convertono l energia luminosa in energia elettrica. Esse consistono di lastre polimeriche, in genere polimetilmetacrilato, nelle quali vengono disperse molecole fluorescenti di diverso colore. Diversamente dai normali pannelli fotovoltaici, i concentratori solari fluorescenti possono essere colorati e trasparenti e sono quindi facilmente integrabili nelle normali finestre o nelle pareti interne degli edifici costituendo un utile strumento per gli architetti che devono progettare edifici eco-sostenibili.

2 Altre immagini di concentratori solari di diverso colore (anche trasparenti) e di diversa dimensione. La luce solare eccita le molecole che riemettono l'energia in eccesso sotto forma di fotoni di fluorescenza. Questi fotoni si propagano all'interno della lastra (in maniera analoga alla luce nelle fibre ottiche) fino a raggiungere i bordi del dispositivo dove sono applicate delle normali celle fotovoltaiche che li convertono in energia. Immagine del concentratore montato sul sistema sperimentale di misura della fotocorrente. Fascio luminoso che si propaga all interno del concentratore. Il nuovo dispositivo contiene anche una nanostruttura preparata con sfere polimeriche di poche centinaia di nanometri di diametro (un nanometro è un miliardesimo di metro) disposte in un reticolo ordinato.

3 Immagini SEM a diverso ingrandimento della superficie auto-organizzata dello strato di nanosfere (diametro 574 nm, polidispersità <5%). Sono evidenziate alcune curiose strutture legate al disordine. La luce solare che incide sul dispositivo viene diffratta e diretta più efficacemente verso le celle fotovoltaiche laterali aumentando le prestazioni del dispositivo.

4 Schema di funzionamento del concentratore. Senza la nanostruttra, i fotoni solari di bassa energia (rossi-infrarossi) non sono assorbiti dal concentratore e quindi non generano fotocorrente. In presenza della nanostruttra, tali fotoni sono diffratti all interno del dispositivo e raggiungono direttamente le celle fotovoltaiche laterali. Immagini di vetrini ricoperti dal monostrato di sfere. Si evidenzia sia la trasparenza del sistema che la sua iridescenza (diffrazione all indietro) che dipende dalle condizioni di illuminazione. Ingegnerizzando opportunamente le nanosfere ed i coloranti utilizzati è possibile preparare dispositivi che sfruttano anche i fotoni solari che i normali concentratori non utilizzano e che altrimenti andrebbero sprecati. Attualmente ENI sta pensando alla distribuzione dei dispositivi sul mercato e si sta valutando la possibilità di costruire dispositivi nanostrutturati sempre più grandi. ULTERIORI IMMAGINI

5 External Quantum Efficiency Solar Spectrum Bare LSC HYBRID LSC TRANSPARENT HYBRID LSC Wavelength (nm) AM 1.5G photon flux (s -1 cm -2 nm -1 ) Confronto tra lo spettro di emissione solare (in grigio) e lo spettro di efficienza quantica esterna di diversi dispositivi. In arancione, dispositivo giallo senza nanostruttura; in nero, dispositivo giallo con nanostruttura: si evidenzia una notevole crescita del segnale per i fotoni che normalmente non sono assorbiti dal dispositivo; In blu, dispositivo trasparente: senza nanostruttura questo dispositivo non produrrebbe energia, mentre quando viene applicata la nanostruttura si guadagna energia in ampio intervallo spettrale. Pensilina fotovoltaica costruita con concentratori solari fluorescenti, ( ULTERIORI INFORMAZIONI Prof. L.C. Andreani, Dipartimento di Fisica Università degli Studi di Pavia Via Bassi 6, Pavia (I) lucio.andreani@unipv.it

6 Prof. D. Comoretto, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università degli Studi di Genova Via Dodecaneso, Genova (I) davide.comoretto@unige.it Prof. M. Laus, Dipartimento di Scienze e Innovazione Tecnologica, Università del Piemonte Orientale Via T. Michel 11, Alessandria michele.laus@uniupo.it Dr. R. Fusco, Solar Energy Dpt. Renewable Energy and Environmental R&D Center - Istituto ENI Donegani Via Fauser 4, Novara (I) roberto.fusco1@eni.com