Miliardi di anni prima dell'invenzione dei pannelli solari, le alghe stavano già sfruttando l'energia solare. Poiché l'alghe è stata ottimizzata per l'assorbimento della luce attraverso la sua evoluzione, la chiave per i pannelli solari più efficienti può essere sbloccata lavorando con le alghe.
Questo è ciò che una squadra di ricercatori della Yale University, della Princeton University, della Lincoln University e della NASA ha censurato, e ora la squadra ha trovato un modo per utilizzare alghe per migliorare i pannelli solari organici.
La ricerca è stata guidata da André Taylor, professore associato di ingegneria chimica e ambientale a Yale, che dirige l'università Laboratorio di Materiali e Dispositivi Trasformabili.
Gioielli del Mare
La specie di alghe impiegata è conosciuta come "diatomea", una varietà estremamente prolifica che è conosciuta come "i gioielli del mare".
I diatomi si trovano in tutti i tipi di sorgenti d'acqua e possiedono uno scheletro di silice nanostrutturata (vetro). Grazie alla sua naturale capacità di fotosintesi, le alghe diatome sono ideali per l'uso in pannelli solari organici.
Alternativa più economica
Quando la luce del sole colpisce una cellula solare organica, gli elettroni negli strati "attivi" organici raccolgono energia e iniziano a muovere quell'energia attraverso il nucleo del pannello solare.
I materiali "a strati attivi" attualmente utilizzati nelle celle solari sono costosi e molto rari. Diatomi, d'altra parte, è poco costoso e può essere trovato quasi ovunque. Così capire come sfruttare diatom può contribuire a ridurre il costo dei pannelli solari organici.
A tal fine, i ricercatori hanno lavorato con diatomi fossilizzati, noto anche come farina fossile - una sostanza a buon mercato, naturalmente ricorrente, derivata da alghe morte.
Le nanostrutture di alghe sono chiave
Un problema comune che si verifica quando si producono celle solari organiche è che gli strati attivi di materiale organico devono essere sottili, riducendo entrambi la loro efficienza e rendendolo costoso da realizzare.
Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno sviluppato un metodo per macinare i diatomi in bit più piccoli, poiché le diatome erano inizialmente troppo grandi per essere collocate nello strato attivo del pannello. Hanno trovato che i livelli di produzione elettrici sono rimasti costanti dopo il loro metodo di macinazione, anche se la quantità di materiale è stata ridotta.
"Abbiamo visto il lavoro di Jeremiah Toster et. al Nanoscale dove hanno implementato diatomee in celle solari sensibilizzate e hanno osservato una maggiore efficienza di conversione di potenza ", ha detto Lyndsey McMillon-Brown, uno studente di dottorato nel laboratorio di Taylor e co-autore principale dell'articolo. "Questo ha suscitato il nostro interesse poiché eravamo curiosi di vedere se le diatomee potevano essere implementate con successo in celle solari organiche per una prestazione migliorata."
Cosa c'è di nuovo?
"Ci auguriamo che questo lavoro possa far luce sull'opportunità di utilizzare la biomimetica o disegni di ispirazione bio per risolvere problemi di ingegneria", ha affermato McMillon-Brown. "La natura ha sviluppato molte soluzioni che possono essere utilizzate per risolvere molti dei nostri problemi di ingegneria: dobbiamo solo imparare come adattarli e applicarli".
I ricercatori sono appassionati a migliorare la loro tecnologia e per trovare un ceppo di alghe più adatto che potrebbero utilizzare per prestazioni più elevate.
"Andando avanti, siamo interessati ad ottimizzare l'integrazione della farina fossile nelle celle solari organiche", ha affermato McMillon-Brown. "In futuro, vorremmo fare attenzione a selezionare una specie di diatomee che si adattino bene a un dispositivo polimerico ad alte prestazioni."
Per ulteriori informazioni su questa ricerca, si prega di vedere la carta pubblicata in Elettronica organica.
Oltre a Taylor e McMillon-Brown, gli autori dello studio sono Marina Mariano (autore co-lead), YunHui L.Lin, Jinyang Li, Sara M. Hashmi, Andrey Semichaevsky ed Barry P. Rand.
