Le celle di Grätzel o celle DSSC (Dye-sensitized solar cells) sono celle fotoelettrochimiche che sfruttano la capacità di assorbimento della luce da parte di coloranti metallo-organici e pigmenti fotosensibili.

Le moderne DSSC sono costituite essenzialmente da un elettrodo trasparente di vetro conduttore rivestito di uno strato di materiale nanocristallinomesoporoso, tipicamente biossido di titanio TiO2; le nanoparticelle sono a loro volta ricoperte da un materiale attivo costituito da un colorante molecolare (dye) che assorbe la luce del sole, con un meccanismo simile a quello della fotosintesi clorofilliana.

Il sistema è completato da un contro-elettrodo costituito da un vetro conduttivo rivestito da un sottile film di Platino, e da un elettrolita, generalmente liquido e contenente la coppia redox I-/I3- (ioduro/triioduro).

Le DSSC presentano molti vantaggi se comparate alle tradizionali celle fotovoltaiche a base di silicio: i maggiori punti di forza di questi dispositivi sono la trasparenza, il costo relativamente ridotto e l’elevata efficienza di conversione energetica in caso di clima nuvoloso o illuminazione artificiale. Tuttavia, fino a questo momento la diffusione delle celle DSSC è stata penalizzata dalla scarsa efficienza energetica complessiva, dovuta principalmente alla perdita di voltaggio intrinseca causata dai meccanismi di degrado del colorante.

In una recente pubblicazione apparsa sulla rivista Nature, gli scienziati della EPFL, guidati dallo stesso Prof. M. Grätzel, hanno rivelato di aver sviluppato una versione di celle DSSC allo stato solido in grado di raggiungere un’efficienza del 15% senza perdita di stabilità fotoelettrochimica.

Le nuove celle DSCC sono realizzate con un innovativo processo a due fasi che ottimizza l’impiego di un materiale composito inorganico-organico come colorante fotosensibile. Il materiale è costituito da un minerale a struttura tipoperovskite che svolge la funzione di immagazzinare la luce, e da un materiale organico in grado di trasportare le lacune elettroniche in sostituzione dell’elettrolita (holetransportmaterial – HTM).

Le celle solari DSSC di questo tipo sviluppate in precedenza presentavano scarsi valori di efficienza a causa della variabilità dimensionale delle particelle di materiale colorante depositate sul biossido di titanio.

I ricercatori dell’EPFL hanno risolto questo problema attraverso un processo a due fasi, in cui prima si deposita la parte inorganica del materiale fotoreattivo sulle nanoparticelle di TiO2, e successivamente queste vengono immerse in una soluzione contenete la restante componente organica. Quando le due componenti organica e inorganica vengono a contatto, esse reagiscono tra di loro stabilizzandosi nel dye composito, dando forma a uno strato a morfologia controllata in grado di garantire elevati livelli di efficienza di conversione fotovoltaica. Secondo il team di Grätzel, questo innovativo processo aprirà una nuova era per lo sviluppo delle celle solari DSSC, rendendole competitive con i migliori pannelli fotovoltaici a film sottile attualmente presenti in commercio.

Fonti: Sciencedaily, Tech-on

  Spazio in collaborazione con Crit-Research