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Lo scienziato e il vaso di Licurgo

Sono all’interno del laboratorio di Plasmochimica del Consiglio Nazionale delle Ricerche di Bari, dove ho incontrato il professor Giovanni Bruno, ricercatore capo presso la sezione distaccata dell’IMIP, Istituto di Metodologia Inorganica e dei Plasmi  del CNR; la sede è ospite del Dipartimento di Chimica dell’Università del capoluogo pugliese. Un lungo corridoio nel seminterrato della palazzina ci porta ai laboratori dove di recente, ma senza tanto clamore, l’equipe del professor Bruno, composta da sette ricercatori e due tecnici, ha  fatto una scoperta interessantissima in tema di fotovoltaico.  «Ma io me ne occupo da trent’anni – ribatte il professore – è il mio pane quotidiano». Il prof. Bruno, in realtà, coordina un progetto europeo che ha come obiettivo lo sviluppo industriale del fotovoltaico plasmonico. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sull’ultimo numero della rivista scientifica internazionale SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS.

laboratorio di plasmochimica CNR Bari: il professor Giovanni Bruno vicino a Golden Age il reattore per la deposizione di particelle di metallo plasmonico

laboratorio di plasmochimica CNR Bari: il professor Giovanni Bruno vicino a Golden Age il reattore per la deposizione di particelle di metallo plasmonico

Ci accomodiamo in una piccola e coloratissima stanza ma accogliente; «il mio ufficio è al quarto piano ma io vivo praticamente quaggiù, lì non ci sto mai – dice Bruno –; questo invece è l’ufficio della mia collaboratrice, la dottoressa Maria Losurdo, che me lo presta quando ne ho bisogno». Gli chiedo quindi di parlarmi della ricerca portata a termine insieme con i suoi ragazzi e lui, senza falsa modestia e con un sorriso imbarazzato dalla presenza della stampa sul suo posto di lavoro risponde che la scoperta non è nulla di nuovo, «perché  – dice – il primo oggetto plasmonico risale al 4° secolo dopo Cristo  (every thing that is old it’s new again, “ogni cosa vecchia ritorna nuova”: il ricercatore recita una citazione del Departement Of Defence degli Stati Uniti) ed è il vaso di vetro di Licurgo che è al British Museum a Londra». I romani adottarono questa tecnica, poi riscoperta in Europa nel XVII secolo e usata ancora oggi dai maestri vetrai di tutto il mondo, per colorare il vetro.  Il vaso illuminato dall’esterno è verde ma, illuminato dall’interno, diventa rosso. Questo perché il vetro è stato lavorato con una polvere d’oro che quando è colpita dalla luce lo colora di rosso. Il colore dipende dalle dimensioni dei grani di polvere di metallo. Parliamo di dimensioni inferiori al diametro di un capello, cioè di 50 micron. (un micron è un millesimo di millimetro, un nanometro è un millesimo di micron). «Se per esempio – continua Bruno –  la particella diventa di 50 nanometri (un millesimo di capello), assumerà il colore rosso, se il diametro diventa ancora più piccolo il colore diventa giallo, poi verde, poi blu. Quindi l’oro potremmo vederlo anche blu. La tecnologia plasmonica sfrutta questa proprietà della materia, con l’utilizzo delle nanotecnologie. In questo caso parliamo di una proprietà ottica, il colore. Il colore corrisponde alla quantità di luce che il materiale è in grado di assorbire».

Proprio uno dei maggiori problemi nella trasformazione dell’energia solare in energia elettrica è dato dalla quantità di luce che il dispositivo riesce ad assorbire. «I materiali semiconduttori non sono in grado di assorbire tutto lo spettro solare, ma ne assorbono solo una parte. Più del 90% del fotovoltaico esistente è fatto col silicio. Il silicio assorbe solo il 50 % della radiazione solare. Il rimanente 50% viene perso. Il problema è come recuperare quell’altro 50%. Se io riesco a integrare sul silicio un sistema in grado di assorbire ulteriore luce io posso produrre più energia».

Supporto di plastica sul quale è stato depositato uno strato di metallo plasmonico

Supporto di plastica sul quale è stato depositato uno strato di metallo plasmonico

Lo strato di metallo plasmonico depositato su un supporto di plastica attraversato da un fascio di luce diventa rosso

Lo strato di metallo plasmonico depositato su un supporto di plastica attraversato da un fascio di luce diventa rosso

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Il laboratorio del prof. Bruno  lavora su questo sistema: con quale obiettivo lo spiega lo stesso studioso. «Nel fotovoltaico, oggi ci vogliono 2-3 dollari per produrre 1 Watt di energia; la prospettiva è quella di scendere al di sotto 1 dollaro per Watt. Il nostro obiettivo è riuscire a mantenere alto l’assorbimento della luce, utilizzando la vecchia tecnologia di silicio cristallino. Lo spessore del silicio è 300 micron. Siccome il costo dipende principalmente da questa fetta di silicio, se noi riuscissimo ad assottigliarla e portarla, per esempio, a 50 micron, cioè sei volte più piccola, a parità di quantità di materia noi saremmo in grado di produrne sei fette. Però qual è il problema? Che la fetta da 50 micron farebbe passar via l’80% della luce, ne assorbirebbe solo il 20% e questo naturalmente ne ridurrebbe l’efficienza. Ora, se noi integriamo le nanoparticelle plasmoniche, che assorbono la luce e la trasferiscono al silicio, in termini di produzione di energia elettrica, io sono in grado di realizzare la stessa efficienza e quindi in totale questo porterebbe a ridurre il costo dell’impianto».

Dunque è indispensabile l’oro o si può utilizzare altro materiale per produrre le particelle plasmoniche?  «Considerando che per realizzare un fenomeno plasmonico parliamo di particelle di oro da integrare su un dispositivo, il costo resterebbe ancora relativamente basso;  ma il metallo con la maggior resa e il minor costo sembra essere il rame».

La peculiarità della tecnologia plasmochimica sta nel fatto che le particelle di metallo vengono depositate sulla fetta di silicio a bassa temperatura. Nel caso specifico il procedimento avviene a 200°C, invece che 900°C come avviene per le celle fotovoltaiche classiche, con un buon risparmio di energia. “New is a well forgotten old” – il nuovo è una  cosa vecchia dimenticata – : citazione del prof. Giovanni Bruno.

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