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AMBIENTE/ Energia solare: addio pannelli, arrivano le “celle flessibili”

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Un gruppo di ricercatori del Dipartimento dell’Energa Americano presso il Lawrence Berkeley National Laboratory e dell’Università di California a Berkeley, hanno sperimentato una nuova soluzione per realizzare celle solari efficienti utilizzando materiali flessibili e a basso costo. La struttura del nuovo dispositivo si presenta come una serie di semiconduttori otticamente attivi disposti in file parallele come tante piccole colonnine di dimensioni nanometriche, la cui geometria quindi si misura in miliardesimi di metro.

Al laboratorio della Divisione di Scienza dei materiali di Berkeley dicono che per trarre vantaggio dalla grande quantità di energia solare che raggiunge la Terra, bisogna trovare il modo di attuare una produzione di massa di celle fotovoltaiche: presi individualmente, i singoli materiali cristallini semiconduttori hanno enormi potenzialità ma non si è ancora trovata una modalità standard per produrli in modo economicamente valido.

Ecco allora l’idea dei nano scienziati californiani. Il compito principale di una cella solare è quello di convertire la luce in energia sfruttando la struttura di elettroni e lacune (cioè “buche”) dei cristalli semiconduttori per far fluire la corrente. A differenza delle tradizionali celle fotovoltaiche bidimensionali, gli schieramenti di colonnine nanometriche offrono molta più superficie disponibile per raccogliere la luce incidente. Sta qui il segreto della maggior efficienza. Le simulazioni computerizzate del fenomeno hanno mostrato che le nuove strutture sono più sensibili alla luce, hanno maggior capacità di separare elettroni e lacune e accumulano più facilmente i portatori di cariche. 

Il cammino per arrivare alle nanocelle non è stato però facile. I primi risultati sono stati deludenti e l’efficienze dei primi modelli di colonnine semiconduttrici è risultata inferiore al 2%. La strada si è sbloccata quando Alì Javey, professore di ingegneria elettrica all’Università di California a Berkeley, ha ideato un modo originale e più controllabile per produrre moduli su larga scala tramite il processo detto “vapore-liquido-solido”: è riuscito così a ottenere file altamente ordinate e densamente distribuite di nanocolonnine che rispondono proprio alle richieste. In un apposito forno sono stati fatti crescere su strati di alluminio dei cilindretti di solfuro di cadmio ricchi di elettroni; successivamente i cilindretti così sviluppati sono stati immersi in uno strato di tellururo di cadmio ricco di “buche”, che agisce da finestra per catturare la luce. I due materiali una volta a contatto formano una cella solare nella quale gli elettroni fluiscono dai cilindri all’alluminio sottostante e le lacune sono trasportate verso i sottili elettrodi di rame-oro posti sulla superficie superiore.

Lo stesso Javey, insieme a un nutrito gruppo di colleghi, ha spiegato il suo metodo in un articolo che uscirà sul numero di agosto di Nature Materials, dal titolo: “Three-dimensional nanopillar-array photovoltaics on low-cost and flexible substrates”.

L’efficienza dei test ha raggiunto valori che hanno reso gli scienziati molto soddisfatti e promette di crescere ancora.

In aggiunta c’è anche la questione della flessibilità, che potrà rivelarsi decisiva in molte applicazioni pratiche. L’obiettivo è stato raggiunto sostituendo lo strato di alluminio con un sottile foglio di indio; l’intera cella è stata realizzata in materiale plastico trasparente (il polidimetilsiloxano, una forma di silicone) ottenendo una dispositivo arrotolabile e pieghevole anche più volte, senza per questo perdere in qualità delle prestazioni.

Ora si tratta solo di farle uscire dai laboratori e prepararsi ad affrontare la più impegnativa sfida del mercato.



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