logotype
image1

Progetto SAGRO

Fotovoltaico di III° generazione: sviluppo di celle solari sensibilizzate con coloranti estratti da prodotti vegetali siciliani.

 

Il presente progetto mira alla ricerca e sviluppo sperimentale per la fabbricazione di sistemi fotovoltaici di terza generazione impiegando come materia prima foto-attiva prodotti vegetali siciliani. Nello specifico le celle sviluppate sono quelle foto-elettrochimiche sensibilizzate da colorante organico che sono oggetto di studio da oltre 20 anni (in seguito indicate con DSSC acronimo di Dye Sensitized Solar Cell).
A differenza delle celle solari tradizionali, basate su semiconduttori allo stato solido, nelle DSSC la produzione di energia elettrica avviene in virtù di una reazione foto-elettrochimica (ossido-riduzione) innescata dall’assorbimento della radiazione solare da parte del colorante.

Nel dettaglio una DSSC è costituita da due elettrodi separati da un elettrolita:

  • un anodo o foto-elettrodo costituito da uno strato di biossido di Titanio (TiO2) nanocristallino mesoporoso (forma allotropica anatasio) sulla cui superficie sono adsorbite le molecole di colorante (dye). Il film di TiO2 viene depositato su un supporto trasparente conduttore;
  • un catodo o contro-elettrodo costituito da un sottile film di catalizzatore (ad esempio platino) depositato su un supporto conduttivo;

I due elettrodi vengono separati con un opportuno sigillante e lo spazio tra loro è riempito con un elettrolita liquido o gel, contenente la coppia redox I-/I3- (ioduro/triioduro), che rigenera il foto-elettrodo chiudendo il circuito.
Le DSSC, rispetto alle celle fotovoltaiche di prima (silicio mono e policristallino) e seconda generazione (film sottile), presentano i seguenti vantaggi:

  • elevata flessibilità di applicazione in impianti fotovoltaici integrati in edifici (vetrate e facciate fotovoltaiche), in impianti su coperture di grande e di piccola taglia e come ricarica per dispositivi elettronici portatili;
  • possibilità di impiegare diversi materiali come supporti rigidi (vetro, ceramica ed acciaio) e/o flessibili     (diversi tipi di plastiche e tessuti);
  • elevata integrazione architettonica e paesaggistica, grazie all’ampia gamma di colori disponibili (dal giallo chiaro al marrone scuro);
  • basso costo di produzione dei materiali attivi (TiO2, colorante, elettrolita, etc…);
  • impiego di tecniche di fabbricazione a basso costo basate su tecnologie già ampiamente sviluppate in altri settori industriali (serigrafia);
  • efficienza su impianti installati su parete verticale superiori al 5%.

Ad oggi non esistono celle DSSC in commercio, in quanto il rapporto costo/efficienza e soprattutto la durata del dispositivo appaiono ancora non competitivi rispetto alle celle fotovoltaiche di prima e seconda generazione. In particolare, i problemi centrali da risolvere per raggiungere i requisiti necessari per la commercializzazione delle DSSC sono il loro ridotto tempo di vita derivante dalla bassa stabilità dei dispositivi. Tali problemi scaturiscono sia da limiti derivanti dall’impiego di alcuni materiali non ancora ottimizzati (perdita di adesione degli strati dal supporto, interdiffusione dei materiali costituenti i vari strati, scarsa resistenza dei sigillanti agli agenti chimici aggressivi, etc.), sia dalla non ottimizzazione della configurazione di cella. Pertanto, al momento le DSSC non hanno una longevità certificata superiore ad alcune migliaia di ore (meno di 5 anni) e, quindi, non sono attualmente commercializzate; infatti, tutte le celle fotovoltaiche, per avere un effettivo successo di mercato, devono garantire un buon compromesso tra:

  • elevata efficienza;
  • ridotto costo del kWh prodotto rispetto alla fonte fossile;
  • elevata durata del dispositivo;
  • flessibilità di applicazione (impianti di grande e piccola taglia a terra o sulle coperture, vetrate e facciate fotovoltaiche, carica-batterie per dispositivi portatili, etc.).

Le tecnologie attualmente in commercio rispondono principalmente a due dei parametri sopraccitati, buona efficienza (intervallo compreso tra 8-18%) ed elevata durata delle celle (superiore a 25 anni), mentre hanno costi non ridotti (compresi tra 1,5 e 2 €/Wp) ed applicazioni ottimizzate quasi esclusivamente per impianti a terra o sulle coperture e non per integrazione in edifici. Pertanto le DSSC possono costituire una valida alternativa a tali tecnologie, in quanto uniscono ad un ridotto costo di fabbricazione una elevata flessibilità di applicazione soprattutto come integrazione fotovoltaica negli edifici.

Realizzato da JO Consulting S.r.l.