Il fotovoltaico è più efficiente grazie alle ali di cicala

La biomimesi, ossia la progettazione ispirata ai modelli naturali, torna a mettere lo zampino nella ricerca sul fotovoltaico. E stavolta lo fa grazie ad un team di scienziati della Shanghai Jiao Tong University che, alle prese con i tradizionali problemi ottici delle celle solari, ha pensato bene di sfogliare il manuale di Madre Natura per trovare la soluzione più efficace. E’ nato così un innovativo rivestimento antiriflesso a base di ossido di Titanio (TiO2) che imita da vicino l’architettura delle ali della cicala.

 

Perché proprio la cicala e non un altro insetto? Perché, spiegano gli scienziati, le ali di questo insetto possiedono una nanostruttura, unica al mondo, dotata di bassissima riflettività. Osservate al microscopio, le ali rivelano una superficie composta da una matrice di piccolissimi coni verticali, disposti in maniera altamente ordinata. Queste strutture possiedono un periodo molto minore della lunghezza d’onda incidente (subwavelength) e sono in grado di creare una variazione di impedenza ottica, corrispondente all’interfaccia aria-nanoconi, che aumenta la raccolta dei fotoni e riduce il potere riflessivocicala. In parole più semplici la superficie si comporta come una trappola per i raggi solari, dove gli spazi fra i coni costituiscono una sorta di percorso obbligato che i fotoni incidenti attraversano per entrare in profondità nella struttura.

”Gli effetti multipli, di riflesso e dispersione – spiega Wang Zhang, uno degli autori della ricerca – impediscono alla luce di ritornare nell’atmosfera esterna”. Questa particolare matrice è stata riprodotta in laboratorio grazie ad un procedimento semplice ed economico che impiaga il biossido di titanio: si sono così ottenute delle superfici antiriflesso capaci di trattenere la luce visibile che arriva con una lunghezza d’onda compresa fra 450 e 750 nanometri con diversi angoli di incidenza. E anche dopo calcinazione a 500 °C (procedimento necessario per eliminarne l’acqua di combinazione o altre parti volatili) le nuove strutture antiriflesso hanno dimostrato di saper mantenere le loro proprietà ottiche. In termini di applicazioni, i nuovi rivestimenti bioispirati possono offrire importanti miglioramenti all’efficienza del fotovoltaico.

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