Cnr, prime celle solari ad alta temperatura in “Black Diamond”
Roma, 16 feb. (askanews) – Il DiaTHEMA Lab dell’Istituto di struttura della materia del Consiglio nazionale delle ricerche di Roma Montelibretti (Cnr-Ism) ha progettato e testato – in collaborazione con l’Università di Tor Vergata – le prime celle solari ad alta temperatura basate su tecnologia Black Diamond, nelle quali il diamante diventa un elemento chiave per la realizzazione di dispositivi altamente efficienti in grado di funzionare sotto radiazione solare concentrata e in condizioni termiche estreme.
L’importante innovazione descritta sulla rivista Joule, spiega una nota, utilizza la tecnologia Black Diamond -basata su un’accurata ingegnerizzazione dei difetti del diamante sintetico prodotto industrialmente- per la realizzazione di dispositivi capaci di operare in un intervallo di temperatura compreso tra 325 °C e 625 °C, mostrando una marcata risposta sinergica a luce e calore. In tale intervallo di temperatura, i dispositivi operano in regime PETE (Photon-Enhanced Thermionic Emission), con una generazione efficiente di energia elettrica a temperature compatibili con sistemi di accumulo termico, tipici delle piattaforme di Concentrated Solar Power (CSP).
Spiega Daniele M. Trucchi, il ricercatore del Cnr-Ism che ha coordinato lo studio: “Il meccanismo PETE combina la generazione di cariche elettriche mediante radiazione solare ed energia termica associata, superando uno dei limiti storici del fotovoltaico convenzionale: la perdita di efficienza alle alte temperature. Gli esperimenti, in cui i convertitori sono stati testati fino a 750 °C, hanno permesso di individuare una chiara finestra operativa in cui tensione di uscita ed efficienza di conversione raggiungono i valori massimi, rendendo questi dispositivi particolarmente promettenti per l’integrazione diretta nel settore del Concentrated Solar Power (CSP)”.
I dispositivi mostrano un’architettura avanzata che combina una nanotesturizzazione della superficie per incrementare in modo significativo l’assorbimento della radiazione solare nel visibile, e un “cuore” costituito da un catodo che integra microcanali di grafite realizzati mediante laser: in questo modo si favorisce un trasporto elettronico efficiente verso la superficie emittente e garantisce stabilità operativa anche a temperature elevate.
“Altro elemento chiave per l’ulteriore incremento delle prestazioni è rappresentato dallo spessore del catodo: se lo strato di diamante superficiale passasse dagli attuali 100 micrometri a membrane sottili di circa 300 nanometri, potremmo aumentare significativamente l’efficienza del sistema, consentendo di raggiungere una efficienza quantica del 30% e una efficienza solare-elettrica del 14,5% a 425 °C”, prosegue Trucchi.
La ricerca è stata condotta nell’ambito del Progetto PRIN 2022 TECHPRO, in collaborazione con ricercatori delle Università di Roma Tor Vergata, e rappresenta un passo decisivo verso convertitori solari a stato solido in grado di operare in ambienti ad alta temperatura, aprendo nuove prospettive per la produzione di energia rinnovabile ad alta efficienza.
