Impianti fotovoltaici più efficienti potranno caratterizzare le nuove centrali elettriche. Introducendo i Punti Quantici alle celle fotovoltaiche si avrà un un grosso ritorno commerciale dell’energia solare. I costi e le emissioni dell’elettricità sono destinati ad abbassarsi grazie ai cristalli semiconduttori.
Solo il 10-15% delle radiazioni solari catturate dai pannelli fotovoltaici è convertito in elettricità; il restante 85-90% di energia solare è potenziale elettricità sprecata. Questo accada perché i pannelli fotovoltaici attualmente in commercio sono muniti di un limite teorico di efficienza di circa il 31%, anche se, sperimentalmente, lo strato di silicio delle convenzionali celle solari, ha dimostrato un limite sperimentale inferiore a quello teorico con un efficienza massima di circa il 26%.
E’ per questo motivo che l’elettricità generata dai pannelli solari ha dei costi molto elevati, costi che sono destinati a scendere grazie all’ausilio di nuovi materiali detti “Punti Quantici“, quantum dot. I punti quantici aumenteranno il limite massimo di efficienza energetica, spingendolo oltre il 60%. Come spiega il dottor JR Minkel, alla rivista American Scientific:
“In una cella convenzionale, i fotoni liberano elettroni del silicio, che così possono scorrere in un cavo conduttore generando corrente elettrica. Molti fotoni solari sono però troppo energetici: quando incidono sul silicio, gli elettroni emessi perdono rapidamente energia in forma di calore e ritornano allo stato iniziale prima di essere catturati dal cavo conduttore. Se si potessero raccogliere glii elettroni prima che si “raffreddino”, si potrebbe raddoppiare l’efficienza massima”.
La soluzione è chiara, rallentare il rapidissimo processo di raffreddamento degli elettroni così da poter avere più tempo a disposizione per catturarli nel cavo conduttore e generare elettricità. E’ qui che entrano in gioco i punti quantici, conosciuti meglio con il nome di “cristalli semiconduttori“. Il chimico Xiaoyang Zhu, dell’università del Texas ad Austin, ha cominciato ad usare punti quantici. I cristalli semiconduttori sono chiamati “punti quantici” perché ciascun quanto è costituito da poche migliaia di atomi.
Il professor Zhu ha fatto depositare cristalli semiconduttori di selenurio di piombo su uno strato conduttore di biossido di titanio, si tratta di materiali molto comuni e di facile reperibilità; con tale modifica, gli elettroni eccitati dalle radiaoazioni solari, impiegavano un tempo fino a 1000 volte più lungo per perdere energia e raffreddarsi.
Una volta rallentato il processo di raffreddamento, il chimico Zhu sta mirando ad aumentare l’efficienza di conversione in elettricità, perché non tutti gli elettroni catturati dal cavo conduttore generano energia elettrica, alcuni vengono assorbiti dal cavo stesso sottoforma di calore. Per arrivare alla costruzione di una cella fotovoltaica perfetta ci vorrà ancora qualche anno ma il ricercatore Zhu è fiducioso, tanto che in un’intervista rilasciata alla rivista Le Scienze afferma: “occorrerà un po’ di tempo, ma confido nel fatto che si arriverà ad un risultato: un giorno voglio vedere questi pannelli sul mio tetto“. Con pannelli solari più efficienti, il ritorno commerciale sarà enorme e le vecchie centrali a carbone potranno finalmente passare in secondo piano.
