Celle solari “Black Diamond”: innovazione ad alta temperatura rivoluziona l’energia solare.
Il DiaTHEMA Lab dell’Istituto di Struttura della Materia del CNR, in collaborazione con l’Università di Tor Vergata, ha sviluppato celle solari innovative ad alta temperatura utilizzando la tecnologia Black Diamond. Questi dispositivi, progettati per funzionare tra 325 °C e 625 °C, applicano il meccanismo PETE (Photon-Enhanced Thermionic Emission) per generare energia elettrica in modo efficiente, superando i limiti delle celle fotovoltaiche tradizionali. La ricerca, pubblicata su Joule, evidenzia un’architettura avanzata con nanotesturizzazione e microcanali di grafite, promettendo prestazioni elevate per il settore del Concentrated Solar Power (CSP).
Innovazione nelle Celle Solari ad Alta Temperatura
Il DiaTHEMA Lab dell’Istituto di struttura della materia del CNR di Roma Montelibretti ha sviluppato, insieme all’Università di Tor Vergata, le prime celle solari ad alta temperatura utilizzando la tecnologia Black Diamond. Il diamante, in questo contesto, diventa un elemento fondamentale per la creazione di dispositivi estremamente efficienti, capaci di operare sotto radiazione solare concentrata e in condizioni termiche estreme. Questa invenzione innovativa, pubblicata sulla rivista Joule, sfrutta un’accurata ingegnerizzazione dei difetti del diamante sintetico per produrre celle in grado di funzionare tra i 325 °C e i 625 °C, mostrando una risposta sinergica a luce e calore.
Il meccanismo alla base di queste celle è noto come PETE (Photon-Enhanced Thermionic Emission), che unisce la generazione di cariche elettriche mediante radiazione solare e l’energia termica. Questo approccio supera uno dei principali limiti del fotovoltaico tradizionale, ovvero la perdita di efficienza a temperature elevate. Le prove condotte hanno rivelato una chiara finestra operativa in cui tensione di uscita ed efficienza di conversione raggiungono punti ottimali, rendendo queste celle promettenti per il settore del Concentrated Solar Power (CSP).
Le celle solari presentano un’architettura avanzata che combina una nanotesturizzazione della superficie per migliorare significativamente l’assorbimento della radiazione solare nella gamma visibile. Il “cuore” del dispositivo è rappresentato da un catodo che integra microcanali di grafite, realizzati attraverso un processo laser. Questa configurazione favorisce un efficiente trasporto elettronico verso la superficie emittente, garantendo al contempo stabilità operativa anche a temperature elevate.
I ricercatori, tra cui Daniele M. Trucchi, coordinatore dello studio al CNR, evidenziano l’importanza di queste innovazioni per il futuro dell’energia solare. L’implementazione di celle solari robusta e altamente efficiente potrebbe rappresentare una svolta significativa nel settore delle energie rinnovabili, con applicazioni pratiche in sistemi di accumulo termico e piattaforme CSP, sempre più rilevanti nella ricerca di fonti di energia sostenibili.
Innovative Celle Solari ad Alta Temperatura Sviluppate dal CNR
Il DiaTHEMA Lab dell’Istituto di Struttura della Materia del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Roma Montelibretti, in collaborazione con l’Università di Tor Vergata, ha realizzato e testato delle celle solari ad alta temperatura sfruttando la tecnologia Black Diamond. La caratteristica fondamentale di queste celle è l’impiego del diamante, fondamentale per creare dispositivi ad alta efficienza, capaci di operare sotto radiazione solare concentrata e in condizioni di temperature estreme, come dimostrato nella pubblicazione sulla rivista Joule.
Queste innovazioni utilizzano la tecnologia Black Diamond, che si basa su un’accurata ingegnerizzazione dei difetti nel diamante sintetico industriale. I dispositivi sono progettati per funzionare a temperature comprese tra 325 °C e 625 °C, rivelando una risposta sinergica tra luce e calore. Durante tale intervallo, i convertitori operano in regime PETE (Photon-Enhanced Thermionic Emission), portando a una generazione di energia elettrica particolarmente efficiente in condizioni adatte ai sistemi di accumulo termico tipici delle piattaforme di Concentrated Solar Power (CSP).
Daniele M. Trucchi, ricercatore del CNR-ISM e coordinatore dello studio, spiega che il meccanismo PETE consente di generare cariche elettriche grazie a radiazione solare e calore, superando le perdite di efficienza del fotovoltaico tradizionale a temperature elevate. Gli esperimenti effettuati, con test fino a 750 °C, hanno evidenziato una finestra operativa ideale dove sia la tensione di uscita che l’efficienza di conversione raggiungono picchi ottimali, rendendo questi dispositivi promettenti per l’integrazione con il settore CSP.
Le celle solari presentano un’architettura avanzata che comprende una nanotesturizzazione della superficie, la quale aumenta significativamente l’assorbimento della radiazione solare. Inoltre, il catodo è dotato di microcanali di grafite realizzati con laser, favorendo un trasporto elettronico efficiente verso la superficie emittente e garantendo una stabilità operativa anche a temperature elevate. Queste innovazioni rappresentano un passo importante verso la sostenibilità energetica.
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