Le celle solari diventano sottili come la carta, si potranno applicare ovunque

Dal MIT un prototipo di cella solare sottile come la carta che potrebbe rivoluzionare il fotovoltaico: le celle, infatti, si possono stampare in 3D e “piazzare” praticamente su ogni superficie, flessibili e trasportabili anche in località remote

Una cella solare sottilissima può trasformare qualsiasi superficie in una fonte di energia: l’annuncio del Massachusetts Institute of Technology (MIT) fa sperare in una rivoluzione nel fotovoltaico, con celle solari che potranno essere stampate in 3d e aggiunte praticamente a ogni tipo di superficie.

Queste celle solari promettono di essere durevoli e flessibili, molto più sottili di un capello umano, incollate su un tessuto resistente e leggero, che le rende facili da installare su una superficie fissa.

Per loro natura, possono fornire energia in movimento come fossero davvero un tessuto energetico indossabile, ma anche essere trasportate e dispiegate rapidamente in località remote senza particolari difficoltà, con un peso pari a un centesimo di quello dei pannelli solari convenzionali.

Ma c’è di più: i ricercatori del MIT hanno dimostrato la possibilità di generare in questo modo una potenza per chilogrammo pari a 18 volte quella attuale, e di stampare i dispositivi tramite inchiostri semiconduttori tramite processi scalabili in futuro per la produzione di grandi aree.

Proprio perchè ultrasottili e ultraleggere, possono essere laminate, almeno sulla carta, su molte superfici diverse: i ricercatori ipotizzano per esempio la loro integrazione sulle vele di una barca per fornire energia in mare, o su tende e teloni utilizzati nelle operazioni di ripristino di emergenza o sulle ali dei droni per estendere il loro raggio di volo.

Le metriche utilizzate per valutare una nuova tecnologia di celle solari sono in genere limitate alla loro efficienza di conversione di potenza e al loro costo in dollari per watt – spiega Vladimir Bulović, che ha guidato il lavoro – Altrettanto importante è l’integrabilità: la facilità con cui la nuova tecnologia può essere adattata. I tessuti solari leggeri la permettono, fornendo slancio per il lavoro in corso

D’altronde uno dei limiti degli attuali pannelli sta proprio in questo: le tradizionali celle al silicio, infatti, sono fragili, quindi devono essere racchiuse nel vetro e confezionate in un telaio di alluminio pesante, che limita le possibilità di applicazione e trasporto.

Per produrre queste celle innovative, invece, vengono usati nanomateriali sotto forma di inchiostri elettronici stampabili, rivestendo la struttura della cella solare con uno slot-die, che deposita strati di materiali elettronici su un substrato preparato e rimovibile, con uno spessore di soli 3 micron.

Usando quindi la serigrafia, una tecnica molto simile a quella che si usa per applicare disegni sulle magliette, un elettrodo viene depositato sulla struttura per completare il modulo solare, che mostra uno spessore di circa 15 micron, si può quindi anche staccare dal substrato di plastica, formando un dispositivo solare ultraleggero.

Ma moduli solari così sottili e autoportanti sono difficili da maneggiare e possono facilmente strapparsi, il che li renderebbe difficili da installare: per risolvere questa sfida, il team del MIT ha cercato un substrato leggero, flessibile e ad alta resistenza a cui far aderire le celle solari e ha identificato i tessuti come la soluzione ottimale, in quanto forniscono resilienza meccanica e flessibilità con poco peso aggiunto.

Il materiale ideale è in particolare un tessuto composito dal peso di soli 13 grammi per metro quadrato, commercialmente noto come Dyneema, realizzato con fibre così resistenti da essere state utilizzate come funi per sollevare dal fondo del Mar Mediterraneo la nave da crociera affondata Costa Concordia.

Aggiungendo uno strato di colla ai raggi UV, spesso solo pochi micron, è possibile far aderire in questo modo i moduli solari ai fogli, formando una struttura solare ultraleggera e meccanicamente robusta.

Quando hanno testato il dispositivo, i ricercatori hanno scoperto che potrebbe generare 730 watt di potenza per chilogrammo quando è indipendente e circa 370 watt per chilogrammo se distribuito sul tessuto Dyneema ad alta resistenza, ovvero circa 18 volte la potenza per chilogrammo delle celle solari convenzionali.

Una tipica installazione solare su tetto nel Massachusetts è di circa 8.000 watt- spiega ancora Bulović – Per generare la stessa quantità di energia, il nostro fotovoltaico in tessuto aggiungerebbe solo circa 20 chilogrammi al tetto di una casa

Per quanto riguarda la durata, i test hanno dimostrato che, dopo aver arrotolato e srotolato un pannello solare in tessuto più di 500 volte, le celle conservavano ancora più del 90 percento delle loro capacità iniziali di generazione di energia.

Comunque, sebbene le loro celle solari siano molto più leggere e molto più flessibili delle celle tradizionali, devono essere racchiuse in un altro materiale per proteggerle dall’ambiente e secondo i ricercatori, il materiale organico a base di carbonio utilizzato per realizzare le celle stesse potrebbe essere modificato interagendo con l’umidità e l’ossigeno nell’aria, il che potrebbe deteriorarne le prestazioni.

Racchiudere queste celle solari in vetro pesante, come è standard con le tradizionali celle solari al silicio, ridurrebbe al minimo il valore dell’attuale progresso – spiega Jeremiah Mwaura, che ha collaborato alla ricerca – quindi il team sta attualmente sviluppando soluzioni di imballaggio ultrasottili che aumenterebbero solo in minima parte il peso di quelli attuali

Attualmente gli scienziati stanno lavorando per rimuovere quanto più materiale non solare attivo possibile, pur mantenendo il fattore di forma e le prestazioni di queste strutture solari ultraleggere e flessibili.

Sappiamo che il processo di produzione può essere ulteriormente semplificato stampando i substrati rilasciabili – annuncia Mwaura –  equivalente al processo che utilizziamo per fabbricare gli altri strati nel nostro dispositivo. Ciò accelererebbe la traduzione di questa tecnologia sul mercato

La ricerca è stata pubblicata su Small Methods.

Fonti: MIT / Small Methods

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