Le finestre solari sfruttano la luce solare esterna e la luce artificiale interna

Un team di ricercatori dell'University College London (UCL) ha sviluppato un prototipo di una cella solare semi-trasparente che può essere applicata ai pannelli delle finestre, consentendo di raccogliere energia sia dalla luce solare che entra dall'esterno che dalla luce artificiale all'interno delle case. L'innovazione mira a catturare l'energia anche nei giorni nuvolosi e durante le ore notturne quando viene utilizzata l'illuminazione interna. Questa svolta potrebbe trasformare il modo in cui gli edifici generano energia, trasformando superfici di vetro precedentemente inutilizzate in potenziali fonti di energia. Lo studio, intitolato "Strategia multimodale per celle solari e moduli di perovskite semi-trasparenti efficienti con prestazioni interne record", è stato pubblicato su Advanced Energy Materials.

Descrive un prototipo semi-trasparente di un modulo solare a base di perovskite progettato per essere montato su finestre. La sua limitata trasparenza gli consente di rimanere visibile mentre cattura ancora la luce, proteggendo così parzialmente gli spazi interni dalla luce solare diretta. Questa doppia funzione aiuta a ridurre la necessità di aria condizionata, risparmiando così energia. Il prototipo misura solo 30 cm per 30 cm. I ricercatori hanno utilizzato modelli informatici per determinare la disposizione e lo spessore ottimali di ogni strato all'interno del modulo solare, garantendo un rapporto equilibrato tra trasparenza ed efficienza.

Con la messa a punto di questi parametri, hanno raggiunto un compromesso che mantiene la visibilità massimizzando la conversione di energia. Invece di utilizzare il silicio, che è comune nelle celle solari tradizionali, i ricercatori hanno optato per le perovskite. Questi materiali possono essere personalizzati per assorbire meglio lunghezze d'onda specifiche della luce artificiale, migliorando la loro capacità di convertire l'energia. Lo strato di perovskite risultante è notevolmente sottile, solo 185 nanometri di spessore. Questo è circa 500 volte più sottile di un capello umano. In confronto, le celle solari convenzionali a base di perovskite hanno tipicamente strati circa tre o quattro volte più spessi.

Per migliorare l'efficienza del modulo solare, gli scienziati hanno aggiunto la molecola 3-Trifluormetil-1H-1,2,4-triazolo. Questo composto stabilizza la struttura cristallina della perovskite, impedendo il rapido degrado e mantenendo le prestazioni del modulo nel tempo. Inoltre, la molecola riduce i difetti nel materiale perovskite, noti come trappole, che causano la cattura degli elettroni e la perdita di energia. Questo miglioramento porta a un miglioramento dell'efficienza complessiva.

Questo design consente alla luce di attraversare lo strato d'oro perché gli strati di ossido di molibdeno limitano il riflesso. I tradizionali moduli di perovskite utilizzano un singolo strato d'oro, rendendoli opachi. Mentre il nuovo modulo non è completamente trasparente, consente di attraversare circa il 30 per cento della luce, rispetto all'80-90 per cento per il vetro standard. Il modulo ha dimostrato prestazioni impressionanti, convertendo il 22 per cento della luce interna a 1000 lux e il 14 per cento della luce solare in elettricità. Per testare la durata, i ricercatori hanno invecchiato il materiale artificialmente sotto illuminazione continua per 300 ore.

Durante questo periodo, il modulo ha mantenuto l'80% della sua efficienza iniziale, suggerendo che è sufficientemente stabile per un uso a lungo termine. Attualmente, il team di ricerca sta lavorando per rendere il modulo solare più flessibile in modo che possa essere applicato a superfici di vetro curve o di forma irregolare. Il loro obiettivo è di espandere la sua applicabilità oltre le finestre piane, consentendo una più ampia integrazione nell'architettura moderna.