Fotovoltaico quantistico: le celle solari a punto quantico rappresentano un settore di ricerca emergente nel campo del fotovoltaico. Tale tecnologia mira a impiegare i punti quantistici come materiale fotovoltaico in sostituzione dei materiali grezzi attualmente usati come il silicio e il CIGS (caratteristico del fotovoltaico a film sottile) o ancora il tellururo di cadmio.
Fotovoltaico quantistico, il principio di base
Nel fotovoltaico quantistico la conversione della radiazione luminosa in energia avviene per mezzo di semiconduttori dell’ordine del nanometro (un miliardesimo di metro), noti come punti quantici in soluzione colloidale.
Le ricerche sul fotovoltaico quantistico sono focalizzate sul cosiddetto “band gap”: tale tecnologia impiega i punti quantistici sintonizzabili in ampio raggio di livelli energetici che cambiano le dimensioni del punto quantico. Nel fotovoltaico convenzionale, il band gap è già prefissato dai materiali d’impiego mentre nel fotovoltaico quantistico il discorso cambia. Il band gap rende i punti quantici appetibili per la realizzazione di nuove celle fotovoltaiche multi giunzione, cioè che sfruttano una grande “gamma di livelli di energia” così da poter estrarre una maggiore quantità di elettricità dallo spettro della radiazione luminosa del sole.
I primi modelli di fotovoltaico quantistico sono stati prodotti con processi di epitassia molto costosi, attualmente sono stati messi a punto modelli di fabbricazione più economici che sfruttano la cosiddetta “chimica umida”. Questi metodi sperimentali puntano alla sintesi di punti quantistici usando la chimica umida dei punti quantici colloidali così da avere la possibilità di produrre punti quantici sotto forma di una soluzione.
Si arriva a parlare di celle solari colloidali (CQD, colloidal quantum dots), che detengono il record di efficienza per il fotovoltaico a punti quantici.
Nonostante le grandi potenzialità del fotovoltaico quantistico, attualmente, pur considerando le più evolute celle solari colloidali, l’efficienza è di appena il 5,1%, molto bassa se si considera che quella del silicio grezzo commerciale è di circa il 17%. In teoria, l’efficienza del fotovoltaico quantistico potrebbe raggiungere o addirittura superare il 60%, è per questo che sono necessarie nuove sperimentazioni.
I problemi da superare sono varie, tra questi citiamo l’eccessivo calore prodotto nei punti quantici. Uno dei fattori chiave dell’operatività del fotovoltaico quantistico è il naturale isolamento dei punti quantici rispetto al materiale circostante, un arma a doppio taglio dato che questa caratteristica farà in modo da respingere una quantità elevata di fotoni che saranno riflessi dalla stessa interfaccia delle celle.