Dal Cnr-Ism e dall’Università di Tor Vergata arriva una svolta per il solare ad alta temperatura: la tecnologia “Black Diamond” apre una nuova era per l’integrazione tra fotovoltaico e solare termodinamico.
La prossima rivoluzione dell’energia solare potrebbe arrivare dal materiale più duro e prezioso conosciuto dall’uomo: il diamante. Ma non per gioielli o applicazioni industriali tradizionali. Il diamante diventa oggi protagonista di una nuova generazione di celle solari capaci di funzionare in condizioni termiche estreme, fino a 625 °C, aprendo prospettive inedite per l’integrazione tra fotovoltaico e solare termodinamico.
L’innovazione porta la firma del DiaTHEMA Lab dell’Istituto di Struttura della Materia del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ism) di Roma Montelibretti, in collaborazione con l’Università di Roma Tor Vergata. I risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Joule.
Il “Black Diamond” che cambia le regole
Al centro della scoperta c’è la tecnologia “Black Diamond”, basata su una sofisticata ingegnerizzazione dei difetti del diamante sintetico prodotto industrialmente. Non si tratta quindi di diamanti naturali, ma di materiali progettati a livello atomico per ottenere specifiche proprietà elettroniche.
Questi dispositivi sono in grado di operare in un intervallo di temperatura compreso tra 325 °C e 625 °C, mostrando una risposta sinergica tra luce e calore. In questo range operano in regime PETE (Photon-Enhanced Thermionic Emission), un meccanismo che combina l’energia della radiazione solare con quella termica per generare elettricità in modo più efficiente rispetto al fotovoltaico tradizionale.
Il grande limite storico delle celle fotovoltaiche convenzionali è proprio la perdita di efficienza alle alte temperature. Il sistema sviluppato dal Cnr supera questo ostacolo, mantenendo alte prestazioni anche sotto radiazione solare concentrata.
Test fino a 750 °C
Gli esperimenti hanno spinto i convertitori fino a 750 °C, individuando una finestra operativa in cui tensione di uscita ed efficienza di conversione raggiungono i valori massimi. Questo rende la tecnologia particolarmente promettente per l’integrazione nei sistemi di Concentrated Solar Power (CSP), dove l’energia solare viene concentrata tramite specchi per produrre alte temperature e accumulare energia termica.
La compatibilità con sistemi di accumulo termico rappresenta un punto di svolta: significa poter integrare in modo diretto produzione elettrica e accumulo, aumentando stabilità e continuità dell’approvvigionamento energetico rinnovabile.
Architettura avanzata e nanotecnologia
Dal punto di vista tecnologico, i dispositivi presentano una struttura sofisticata. La superficie è nanotesturizzata per incrementare l’assorbimento della radiazione solare nel visibile. Il “cuore” del sistema è un catodo con microcanali di grafite realizzati mediante laser, che favoriscono un trasporto elettronico efficiente verso la superficie emittente e garantiscono stabilità operativa anche a temperature elevate.
Un ulteriore margine di miglioramento riguarda lo spessore del catodo. Attualmente lo strato superficiale di diamante è di circa 100 micrometri. Riducendolo a membrane sottili di circa 300 nanometri, sarebbe possibile raggiungere un’efficienza quantica del 30% e un’efficienza solare-elettrica del 14,5% a 425 °C, valori estremamente significativi per applicazioni industriali.
Verso il solare del futuro
La ricerca, sviluppata nell’ambito del Progetto PRIN 2022 TECHPRO, rappresenta un passo decisivo verso convertitori solari a stato solido capaci di operare in ambienti ad alta temperatura.
Non si tratta solo di un avanzamento tecnico, ma di una possibile svolta sistemica: integrare fotovoltaico e solare termodinamico potrebbe migliorare l’efficienza complessiva degli impianti e rendere più competitivo il settore delle rinnovabili, in un momento storico in cui la transizione energetica è una priorità globale.
Il diamante, da simbolo di lusso, diventa così un elemento chiave nella sfida per l’energia pulita del futuro.