cella di Gratzel
cella di Gratzel
cèlla di Grätzel locuz. sost. f. – Dispositivo elettrochimico in grado di convertire energia luminosa in energia elettrica. Sviluppate all'inizio degli anni Novanta del 20° secolo da Michael Grätzel, queste celle sono oggetto di intensi studi nell'ambito dello sviluppo delle tecnologie per lo sfruttamento della energia solare. Appartengono alla famiglia delle celle fotoelettrochimiche note con l'acronimo DSSC (Dye-sensitized solar cells, celle solari attivate mediante colorante), il cui funzionamento è basato sulla capacità di alcune molecole organiche colorate di assorbire una parte dei fotoni di cui si compone la luce solare mediante l'eccitazione di elettroni in stati a maggior contenuto energetico e di trasferire poi questi elettroni a un materiale semiconduttore. Si tratta dunque di un meccanismo alternativo a quello delle celle fotovoltaiche classiche, basate su giunzioni di semiconduttori, nelle quali avviene la promozione di un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione del materiale. Il processo di fotosensibilizzazione operato dal colorante riproduce il meccanismo dei primi stadi della fotosintesi naturale. In una tipica cella di Grätzel, il colorante riveste la superficie di uno strato biossido di titanio nanostrutturato mesoporoso (depositato su un elettrodo di supporto trasparente), nella cui banda di conduzione vengono trasferiti gli elettroni assorbiti dalla molecola organica. L'ossido di titanio si comporta a questo punto da anodo della cella: gli elettroni vanno ad alimentare il carico esterno per poi essere catturati dal controelettrodo (tipicamente platino). La molecola di colorante, ossidata per aver perduto un elettrone, recupera il suo stato originario strappando un elettrone dall'elettrolita, che nella configurazione classica è un solvente organico contenente ioni ioduro (I-). Questi ultimi si ossidano formando la specie I3-, la quale migra verso il catodo dove ricattura a sua volta l'elettrone perduto, rigenerando la forma ridotta. Tra i coloranti che si prestano a essere usati, i più diffusi sono complessi organici contenenti rutenio. La massima efficienza di conversione a oggi raggiunta da una cella di Grätzel è superiore all'11 %. Si tratta di valori che, sebbene inferiori a quelli raggiunti dalle celle fotovoltaiche a silicio cristallino, rendono questi dispositivi ottimi candidati per la sostituzione delle celle fotovoltaiche classiche di piccola scala, anche in considerazione del loro basso costo. Negli ultimi anni sono stati sviluppati molti prototipi di celle di Grätzel nel tentativo di migliorare l'efficienza, i costi, la funzionalità e la sicurezza dei dispositivi originari. In particolare, ci si è mossi nella direzione di ricercare molecole coloranti efficaci ed economiche e di trovare elettroliti alternativi che presentino minore volatilità e maggiore stabilità termica. Tra questi ultimi, sono stati sperimentati con successo alcuni . Per i suoi lavori, Grätzel ha ricevuto nel 2010 l'importante premio Millennium technology, assegnato dall'Accademia di tecnologia della Finlandia.