Il fotovoltaico organico cresce grazie alle nanotecnologie

fvorganicoIl fotovoltaico, oramai sempre più maturo e ricco di famiglie tecnologiche diverse e storicamente concatenate, è oggi suddivisibile in tre generazioni, la prima delle quali basata sulle tecnologie di laminazione del silicio, che a partire dalla produzione delle prime celle costruite negli anni ’50, essenzialmente per il settore aerospaziale dei satelliti, si è evoluta nel corso del tempo, assumendo connotazioni diverse nelle diverse forme, monocristallina, policristallina, che la rendono ancora la tecnologia che monopolizza ancora oggi la maggioranza delle installazioni fotovoltaiche. Accanto alla prima generazione fotovoltaica, basata sul silicio si sono affiancate, nel tempo, due ulteriori generazioni di celle fotovoltaiche, con due obiettivi principali di abbattimento dei costi e di mitigazione degli impatto ambientale, orientati essenzialmente alla riduzione dei costi di produzione, attraverso l’utilizzo di materiali maggiormente disponibili sul nostro pianeta e dal minore impatto ambientale nei processi di produzione delle celle e deponibili su supporti al loro volta di costo minore e non necessariamente rigidi, aprendosi così, maggiormente al problema principale che ha avuto il fotovoltaico di prima generazione, vale a dire maggiori opportunità di integrazione architettonica e quindi di mitigazione dell’impatto visivo nei diversi contesti di installazione. La seconda generazione delle tecnologie fotovoltaiche, è quella che va sotto il nome di “film sottile”, dove mette lo zampino anche il silicio nella sua forma amorfa, e quindi non necessariamente rigida, come prodotto della laminazione, ma deponibile su qualunque superficie di supporto, ed alla quale si possono conferire anche colori diversi da quello naturale del materiale, prevedendo una quantità di materiale fotosensibile molto ridotta rispetto alla prima generazione, anche di diversi ordini di grandezza. Insieme al silicio amorfo, si affiancano poi i materiali metallici alternativi al silicio, come il Telloruro di Cadmio (CdTe,), il CIGS (rame, indio, gallio, selenio). Questa tecnologia, con filiere produttive fortemente automatizzate, ha dato un contributo importante in termini di riduzione dei costi, con efficienze che, seppure inferiori, si sono avvicinate considerevolmente alle celle a base silicio di prima generazione.

evoluzione_FV

Ma la dimensione pienamente sostenibile del fotovoltaico, seppure ancora non commercialmente consistente, è rappresentata dal fotovoltaico organico, che costituisce la terza generazione, e che, ancora in fase sperimentale, si sta avvicinando sempre più alla soglia del mercato. Si tratta di una famiglia di tecnologie derivati appunto da sostanze organiche capaci di riprodurre il processo alla base della fotosintesi clorofilliana, facendo comprendere, già da questo, come si possa ampliare, la gamma di materie utilizzabili per la produzione delle celle. L’elemento critico per questa tecnologia, oltre a salire la scala dell’efficienza è stato senz’altro  quello dello scarso mantenimento delle caratteristiche di fabbricazione nel tempo, spesso limitato solo a pochi anni. Si tratta di una tecnologia fotovoltaica, con costi di produzione interessantissimi per la semplicità e la economicità dei materiali utilizzati, per la buona attitudine a lavorare bene a bassi livelli di insolazione, ed all’alta capacità di dispersione del calore, capace di integrasi perfettamente con le altre, non fosse altro per la grande adattabilità a superfici flessibili come quelle utilizzate per manufatti di abbigliamento come abiti, borse, piccoli dispositivi. Importante, in questo senso un ennesimo, ma molto promettente filone di ricerca del fotovoltaico organico, quello che stanno mettendo a punto i  ricercatori dell’Università di Princeton, che hanno ideato un sistema che permette di triplicare l’efficienza delle celle solari organiche, che potrebbe davvero rappresentare la spallata decisiva per abbattere il muro verso la piena commercializzazione. Secondo il professor Stephen Chou, leader del gruppo di ricerca, il considerevole aumento del’efficienza delle celle, è stato possibile utilizzando una nanostruttura a “sandwich” di metallo e plastica. Secondo Chou, oltretutto,  questa nuova tecnologia permetterà di migliorare anche l’efficienza delle celle convenzionali di silicio, anche se per questo dovranno essere effettuati ulteriori studi. Due i risultati importanti conseguiti dalla ricerca, legati a fattori che sono normalmente la causa principale della perdita di energia da parte delle celle:

  • impedire la riflessione della luce da parte delle celle;
  • catturare efficacemente la luce senza disperderla;  

Princeton

come illustrato efficacemente in figura, le celle sono costituite da uno strato superiore di 30 nanometri – una sorta di maglia metallica che sostituisce l’ossido di indio-stagno solitamente impiegato – uno strato di plastica di 85 nanometri e un altro strato metallico simile a quello usato nelle celle convenzionali. Tutto ciò costituisce un “sandwich” particolarmente efficace nell’impedire la riflessione della luce e nella capacità di intrappolarla raggiungendo una percentuale di assorbimento del 96%, circa il 52% più efficiente rispetto alle celle convenzionali. Tutto ciò ottenibile sotto la luce diretta, ma le nuove celle sono altrettanto efficaci anche in altre condizioni meteorologiche; di prevalente condizione di radiazione diffusa o riflessa come quella che si presenta in giornate nuvolose, in questo caso, la percentuale di efficienza arriva all’81%, ma con un incremento totale addirittura del 173%. Si tratta indubbiamente di un sistema che consentirà, molto probabilmente, il superamento di uno dei maggiori problemi alla diffusione delle celle organiche, più economiche di quelle convenzionali, economicità accentuata dall’utilizzo della plastica, ma che hanno però efficienze ancora troppo basse. Secondo il professor Chou il sistema è già pronto per un uso commerciale anche se sarà comunque necessario un periodo di transizione per passare dalla fase di laboratorio alla produzione di mercato su larga scala.

Sauro Secci

http://www.princeton.edu/engineering/news/archive/?id=9141

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2 risposte a Il fotovoltaico organico cresce grazie alle nanotecnologie

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