Il cuore della tecnologia: l'effetto PETE
A differenza dei pannelli fotovoltaici tradizionali, questi dispositivi sfruttano l'emissione termoionica foto-stimolata (PETE). In questo processo, il calore e la luce solare lavorano in sinergia: il materiale, riscaldato ad alte temperature, libera elettroni dalla sua superficie, generando elettricità.
Questa caratteristica rende la tecnologia ideale per i sistemi CSP (Concentrated Solar Power), gli eredi moderni dei celebri "specchi ustori" attribuiti ad Archimede. Negli impianti CSP, la luce viene focalizzata per produrre calore; l'introduzione di dispositivi a stato solido come quelli al diamante permette di convertire questo calore direttamente in energia elettrica, migliorando l'integrazione con i sistemi di accumulo termico.
Come nasce il "Diamante Nero"
Il diamante naturale è trasparente, ma i ricercatori lo hanno trasformato in un assorbitore perfetto grazie a sofisticate tecniche di ingegneria dei materiali:
Nano-strutturazione laser: L'uso di laser al femtosecondo crea minuscole strutture periodiche sulla superficie, permettendo al diamante di assorbire oltre il 90% della luce solare.
Idrogenazione: Il lato opposto del materiale viene trattato con idrogeno atomico per facilitare la fuoriuscita degli elettroni (riducendo l'affinità elettronica).
Microcanali grafitici: Per garantire il passaggio della corrente all'interno dello strato di diamante, sono stati realizzati dei conduttori microscopici in grafite.
Prospettive e sostenibilità
I risultati attuali sono solo l'inizio. Lo studio ipotizza che, riducendo lo spessore del diamante da 100 micrometri a membrane di soli 300 nanometri, l'efficienza di conversione potrebbe salire fino al 14,5% a una temperatura di 425 °C.
Il Prof. Riccardo Polini, responsabile dell'Unità di Ricerca presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche di Tor Vergata, sottolinea che il futuro della ricerca si concentrerà sulla riduzione della distanza tra catodo e anodo e sull'integrazione del diamante con altri semiconduttori, come il silicio.
"Stiamo già testando etero-strutture nanodiamante/silicio," spiega il Prof. Polini, "un'attività che sfrutta le nanotecnologie per massimizzare la sostenibilità energetica."
Questo progetto è stato sostenuto anche dal programma PRIN 2022 TECHPRO, coordinato dal Dott. Daniele M. Trucchi (ISM-CNR), confermando l'eccellenza della ricerca italiana nel settore delle tecnologie green di nuova generazione.
