Pannelli solari cinesi, la rivoluzione arriva dalla Cina - ecoblog.it
Una delle sfide principali nella fabbricazione di nanostrutture per l’energia solare è sempre stata la difficoltà di regolare la densità delle nanobarrette di biossido di titanio senza comprometterne le dimensioni. Un problema tecnico noto da anni che limitava le potenzialità dei dispositivi fotovoltaici e ostacolava l’efficienza di conversione della luce in elettricità. Un gruppo di ricercatori cinesi dell’Accademia delle Scienze di Hefei, coordinato dal professor Mingtai Wang, ha ora sviluppato un processo che riesce a decidere quante nanobarrette inserire in uno spazio, senza modificarne diametro o altezza. Una svolta che cambia il modo in cui si progettano i materiali per celle solari e altri dispositivi optoelettronici.
La soluzione si basa su una gestione precisa della fase di idrolisi del film precursore. Estendendo questa fase, i ricercatori hanno ottenuto una formazione controllata di “catene di gel” più lunghe, da cui derivano nanoparticelle di anatase più piccole. Queste, a loro volta, si trasformano in rutilo durante il trattamento idrotermale, diventando il punto di partenza per la crescita delle nanobarrette monocristalline. Il risultato è un film ordinato e costante, con nanostrutture tutte uguali ma distanziate secondo necessità.
Densità indipendente e controllo della spaziatura: il fattore chiave per l’efficienza
Nel processo di fabbricazione tradizionale, densità, diametro e lunghezza delle barrette erano vincolati tra loro. Aumentando la densità, si alteravano inevitabilmente le altre variabili. Il nuovo metodo rompe questo legame e consente di creare array con parametri geometrici costanti ma densità variabile, agendo solo sulla fase iniziale di idrolisi.
Il gruppo cinese ha confermato l’efficacia del sistema inserendo questi nuovi film in celle solari al CuInS₂ (solfuro di rame e indio), noti per la loro efficienza e la possibilità di lavorare a basse temperature. L’aumento dell’efficienza di conversione ottenuto – pari a circa il 10% in più – è stato direttamente collegato alla maggiore ottimizzazione della spaziatura tra nanobarrette.
Per comprendere l’impatto reale della densità sulla resa energetica, gli autori hanno sviluppato un modello teorico chiamato Volume-Surface-Density, che analizza tre parametri: assorbimento della luce, separazione delle cariche e raccolta dei portatori. Il modello dimostra che modificare la spaziatura, senza intaccare la forma delle barrette, può avere effetti tangibili su tutti e tre gli aspetti, rendendo più semplice l’ottimizzazione delle prestazioni.
Applicazioni estese e futuro dei dispositivi fotovoltaici
La ricerca, pubblicata sulla rivista Small Methods, va ben oltre il miglioramento di un singolo parametro. Il metodo proposto collega direttamente la regolazione macroscopica del processo di sintesi con la microstruttura finale e con il comportamento fisico del dispositivo. Si tratta di un approccio sistemico che apre nuove possibilità nel settore dei materiali funzionali per l’energia pulita, l’optoelettronica e i fotocatalizzatori.
Poter controllare indipendentemente la densità delle nanobarrette di titanio permette di personalizzare i materiali a seconda delle esigenze del dispositivo: più denso per aumentare la raccolta dei portatori, meno denso per favorire l’assorbimento profondo della luce o migliorare il flusso d’aria in ambienti reattivi.
Il lavoro del team cinese dimostra come un’analisi dettagliata dei meccanismi molecolari di crescita delle nanostrutture possa portare a risultati concreti e applicabili su scala industriale, segnando un passaggio importante verso una nuova generazione di tecnologie solari più efficienti, economiche e versatili.
