“Foglie fotovoltaiche”.

Foglie fotovoltaicheUn modo per risolvere il problema dell’accumulo dell’energia solare è quello di utilizzare l’energia elettrica generata dalle celle solari per dividere l’acqua mediante elettrolisi onde ottenere idrogeno che può essere facilmente immagazzinato.

Gli scienziati dell’Istituto HZB per Combustibili Solari hanno modificato delle cosiddette celle solari superstrato con la loro architettura altamente efficiente per ottenere idrogeno dall’acqua con l’ausilio di opportuni catalizzatori. Tale cella solare funziona simile a una “foglia artificiale”. Il problema è, che tali celle fotovoltaiche si corrodono rapidamente quando sono immessi nella soluzione elettrolitica acquosa.

Una scienziata chiamata Diana Stellmach ha trovato un modo per prevenire la corrosione incorporando i catalizzatori in un polimero che si comporta da conduttore elettrico per poi montarlo su due superfici di contatto della cella solare, facendo di lei il primo scienziato in tutta Europa ad aver escogitato questa soluzione. Il risultato è che i contatti sensibili delle cellule sono sigillati per evitare la corrosione, mantenendo pero una resa stabile di circa il 3,7 per cento della luce del sole.

 

L’Idrogeno.

L’idrogeno immagazzina energia chimica ed è molto versatile in termini di potenziale applicabilità. Il gas può essere convertito in combustibile come il metano e metanolo o può generare elettricità direttamente all’interno di apposite celle a combustibile. L’idrogeno può essere prodotto attraverso la scissione elettrolitica delle molecole di acqua in idrogeno e ossigeno utilizzando due elettrodi che sono rivestiti con opportuni catalizzatori e tra le quali viene generato un minimo di 1,23 volt di tensione. La produzione d’idrogeno diventa interessante solo se può essere impiegata l’energia solare per produrlo, dato che con questo modo si potrebbe risolvere due problemi in un colpo solo: Nei giorni di sole, l’elettricità in eccesso potrebbe produrre idrogeno, che sarebbe disponibile in forma di carburante o per generare elettricità in un momento successivo, come di notte o nei giorni che non sono abbastanza soleggiati.

 

Nuovo approccio con complesse tecnologie a film sottile.

Al Helmholtz Centre Berlin for Materials and Energy (HZB) Institute for Solar Fuels, i ricercatori stanno lavorando su nuovi approcci alla realizzazione di questo obiettivo. Stanno usando strutture fotovoltaiche fatte di più strati ultrasottili di silicio che sono creati su misura dal Photovoltaic Competence Centre Berlin (PVcomB), un altro degli istituti dello HZB. Dal momento che la cella è costituita in un unico, anche se complesso, blocco, questo è noto come un approccio monolitico. Presso l’Istituto per i Combustibili solari, le superfici di contatto elettrico della cella sono rivestite con speciali catalizzatori per la scissione dell’acqua. Se la cella è posizionata in acido solforico diluito e irradiato con la luce solare, una tensione viene generata in corrispondenza dei contatti che possono essere utilizzati per dividere l’acqua. Durante questo processo, sono i catalizzatori che accelerano le reazioni sui contatti, che sono criticamente importanti.

 

Protezione contro la corrosione.

Il principale vantaggio delle celle fotovoltaiche PVcomB è la loro “architettura superstrato”: la luce entra attraverso il contatto anteriore trasparente, e si depositano sul vetro vettore; non c’è opacità causata dai catalizzatori che si trovano sulle celle, perché sono posti sul lato posteriore della cella e sono in contatto con la miscela acqua / acido. Questa miscela è “aggressiva”, cioè è corrosiva, tanto che Diana Stellmach ha dovuto sostituire in un primo luogo il “classico” contatto posteriore fatto di ossido argento di zinco con un coperto da uno strato di titanio di circa 400 nanometri di spessore. In una seconda fase, ha sviluppato una soluzione per proteggere la cellula contro la corrosione con il montaggio del catalizzatore: Ha mischiato delle nano particelle di RuO2 con un polimero conduttore (PEDOT:PSS) e applicato questa miscela al contatto posteriore della cella per agire come un catalizzatore per la produzione di ossigeno. Analogamente, nano particelle di platino, i veri siti di produzione d’idrogeno, sono state applicate al contatto anteriore.

 

Produzione stabile.

In tutto, la configurazione ha raggiunto un grado di efficacia del 3,7 percento ed era stabile nell’arco di almeno 18 ore. “In questo modo, Stellmach è il primo scienziato in tutta Europa ad aver realizzato questo tipo di scissione dell’acqua dentro la struttura di una cella solare”, spiega il Prof. Dr. Sebastian Fiechter. E forse in qualsiasi parte del mondo, visto che le membrane fotovoltaiche con diverse architetture si sono dimostrate molto meno stabili.

 

Costi.

Ma resta il fatto che i catalizzatori come il platino e RuO2 sono piuttosto costosi e, in ultima analisi devono cedere il passo a tipi di materiali meno costosi. Diana Stellmach sta già lavorando su questo, ed è in questo periodo in fase di sviluppo di nano tubi di carbonio che sono rivestiti con strati di solfuro di molibdeno e che fungono da catalizzatori per la produzione d’idrogeno.

“Foglie fotovoltaiche”.
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