Le microsfere d’oro che catturano fino al 90% di luce solare

Sfere nanoscopiche con particelle d’oro in grado di catturare fino al 90% di luce solare e trasformarla in calore o energia elettrica con un livello di efficienza mai visto prima. La scoperta, frutto di una ricerca scientifica nata nei laboratori della Korea University, potrebbe cambiare il paradigma attuale nella produzione di fotovoltaico. Le celle fotovoltaiche al silicio, nonostante abbiano sempre migliori percentuali di efficienza, hanno un limite fisico e possono trasformare in elettricità solo la luce visibile insieme a una piccola parte del vicino infrarosso. Tutto il resto viene disperso. Circa il 50-55% della radiazione solare è composto da infrarossi che finisce per diventare calore inutile che surriscalda il pannello, riducendone paradossalmente le prestazioni.

Per questo motivo la ricerca internazionale sta studiando nuovi materiali e metodi per catturare una sempre maggiore quantità di energia solare, per aumentare la quota di rinnovabili ed aiutare il necessario processo di decarbonizzazione. Le microsfere d’oro coreane potrebbero fare la differenza.Secondo l’articolo dell’ateneo di Seul, intitolato Plasmonic Supraballs for Scalable Broadband Solar Energy Harvesting, queste strutture piccolissime, con un diametro compreso tra i 460 nanometri e i 3 micrometri hanno delle proprietà speciali maggiorate dall’effetto plasmonico dell’oro. Quando la luce del sole raggiunge il prezioso metallo provoca un’oscillazione degli elettroni – chiamata risonanza plasmonica – che permette di intrappolare i fotoni con una forza di gran lunga superiore ai materiali oggi in uso. Uno dei problemi maggiori degli impianti fotovoltaici è l’inclinazione dei raggi che riduce la quantità di luce catturata. Per questo, nei grandi parchi solari vengono utilizzati i tracker, cioè strutture meccaniche che inseguono l’orientamento del sole nel corso della giornata. Ovviamente tutto questo ha un prezzo che si ripercuote sul costo finale dell’energia. Invece, le supraballs promettono un balzo in avanti tecnologico considerevole.

Dalla ricerca coreana sulle supraballs sono emersi due modi diversi e complementari per intrappolare la luce: in superficie agiscono le singole particelle d’oro che catturano la luce visibile. Mentre all’interno della sfera, la struttura agisce come una cassa di risonanza che cattura la luce infrarossa, il calore del sole. Insieme, questi due meccanismi permettono di assorbire fino al 90% di tutto lo spettro solare. Che il sole sia allo zenit o all’orizzonte o che la giornata sia parzialmente nuvolosa, la capacità di cattura rimane costante. Non ci sarebbe più bisogno di un orientamento ottimale o di inseguire il sole con i tracker. Stando alla pubblicazione dei ricercatori coreani, le supraballs si possono integrare con materiali di nuova generazione, come le perovskiti o i polimeri organici e possono essere create anche in forma liquida. Questo significa che possono essere spruzzate come se fossero un inchiostro o una vernice su superfici ampie, rendendo la produzione industriale molto più semplice ed economica.

In questo modo se i pannelli tradizionali in commercio faticano a superare la soglia del 20-22% di efficienza, l’uso di queste nanotecnologie apre la strada a celle solari molto più sottili, flessibili e potenti. Ma non si tratta solo di produrre più energia, piuttosto di farlo utilizzando meno materiale, riducendo l’impronta ecologica della produzione stessa dei pannelli. Inoltre la stessa tecnologia potrebbe essere applicata ai dispositivi termoelettrici per produrre corrente dal calore solare in modo più efficiente; nella gestione termica per rivestimenti che assorbono calore per riscaldare acqua o ambienti; in sistemi fototermici che usano la luce per generare vapore o purificare l’acqua. In fase di test su generatori termoelettrici, il rivestimento ha permesso di produrre 2,4 volte più energia rispetto ai controlli standard.