Con le nanotecnologie fotovoltaico con celle autopulenti e più efficienti

pulizia-moduli-fotovoltaiciL’ambito della ricerca continua per incrementare l’efficienza delle celle fotovoltaiche è rivolta su due grandi fronti, uno intrinseco alla tecnologia utilizzata ed orientato a minimizzare la quantità di luce riflessa dai pannelli solari e che non viene convertita in energia, l’altro più esterno alla tecnologia adottata, legato e legato a ridurre le esigenze di pulizia periodica dei pannelli, minacciati da agenti atmosferici esterni come pioggia e vento, deiezioni di uccelli, etc. Un tema quest’ultimo, che condiziona notevolmente il rendimento delle celle, dal momento che la mancata pulizia può determinare una riduzione anche del 25-30% dell’efficienza di conversione della radiazione solare e trattato sino ad oggi, con sistemi di lavaggio con una particolare soluzione di acqua e saponi neutri biodegradabili, certe volte, come nei grandi impianti, attraverso sistemi di lavaggio automatizzati. Secondo una nuova ricerca pubblicata sull’International Journal of Nanomanufacturing, sarà possibile dare risposte determinanti ad entrambe le problematiche, installando uno strato aggiuntivo di dimensioni nanoscopiche sulla superficie dei pannelli solari,tale da renderli meno riflettenti, migliorandone nel contempo l’efficienza e rendendoli molto meno appiccicosi, e per questo quindi autopulenti. Si tratta del team di ricercatori cinesi composto da Zuobin Wang, della Changchun University of Science and Technology, Jin Zhang, della Xi’an Technological University, e dai colleghi dell’università gallese di Cardiff, che, nell’ambito del progetto EU FP7 LaserNaMi (Laser Nanoscale Manufacturing), hanno ideato un nuovo approccio utilizzando la litografia, processo usato per lo stampaggio dei circuiti microelettronici, che consente l’aggiunta di uno strato aggiuntivo sulla superficie dei pannelli ottenuto con speciali nano particelle (ciascuna delle quali è più piccola della lunghezza d’onda della luce) sulla superficie fotovoltaica. Si tratta di uno strato talmente ridotto che le sue singole parti sono più corte della lunghezza d’onda della luce, una caratteristica che consente di intrappolare la luce solare, anziché rifletterla, consentendo di incrementare notevolmente l’efficienza della singola cella, incrementando notevolmente la quantità di energia elettrica generata. Guardando più da vicino le caratteristiche del nuovo materiale utilizzato come substrato si riscontrano le seguenti caratteristiche peculiari:

  • le nanoparticelle applicate rendono la superficie del pannello antiaderente: evitando la sedimentazione di tutte quelle impurità normalmente trasportate da agenti atmosferici e volatili.
  • le stesse particelle la rendono anche idrorepellente: determinando che eventuali liquidi a contatto con la superficie (acqua, umidità o altro) possano scivolare via rapidamente.
  • le nuove superfici fotovoltaiche così realizzate si caratterizzano per la microrugosità: il coefficiente di riflessione della luce è attenuato e quindi meno riflettente, permettendo alla radiazione di transitare in quantità maggiore verso lo strato fotosensibile con conseguente incremento di efficienza ed una maggiore produzione di energia a parità di superficie.

Una cosa molto affascinante è costituita dal fatto che lo strato in questione conferisce alla Lotosuperficie della cella, caratteristiche simili ad una foglia di loto, di cui è notoria la sua enorme idrorepellenza, tale che le particelle e le sostanze liquide che vi si depositano non permangono sulla superficie rimanendo attaccate. Le foglie di loto, hanno infatti una struttura superficiale particolare che le rende estremamente idrofobiche e le mantiene, appunto, costantemente pulite (una proprietà che la nanotecnologia sta già da tempo cercando di riprodurre per materiali come tessuti e vernici attraverso il cosiddetto effetto loto). Superfici in alluminio sono, così, state rese idrofobiche attraverso l’immersione nell’idrossido di sodio, al fine di renderle ruvide, e poi rivestite con 2 nanometri di perfluorononano. Al microscopio, l’alluminio così trattato assomiglia in toto alle foglie di loto. Quando piove ogni sostanza che si deposita sul pannello viene allontanata e l’acqua piovana scorre via lasciando il pannello pulito e asciutto. Il lavoro di ottimizzazione, portato avanti dagli scienziati sul fronte del miglioramento della capacità di cattura della luce riflessa, sta consentendo di estendere la minimizzazione delle perdite di energia dovute alla riflessione non solo all’assorbimento della luce solare nello spettro visibile ma anche alla parte vicina agli infrarossi. Davvero una tecnologia molto promettente e capace di dare una duplice risposta a due delle principali attuali limitazioni all’efficienza delle celle fotovoltaiche. 

Sauro Secci

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