Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato le celle solari in modo da renderle durevoli e flessibili e molto più sottili di un capello umano. Sono incollate a un tessuto resistente e leggero, che le rende facili da installare su una superficie fissa. Possono fornire energia indossandole o essendo trasportate e distribuite rapidamente in luoghi remoti per l’assistenza in caso di emergenza. Il loro peso è un centesimo di quello dei pannelli solari convenzionali, generano un’energia 18 volte superiore per chilogrammo e sono realizzati con inchiostri semiconduttori utilizzando processi di stampa che in futuro potranno essere scalati fino alla produzione su larga scala.
Essendo così sottili e leggere, queste celle solari possono essere laminate su molte superfici diverse. Ad esempio, potrebbero essere integrate nelle vele di un’imbarcazione per fornire energia in mare, applicate su tende e teloni utilizzati nelle operazioni di recupero in caso di calamità o applicate sulle ali dei droni per estendere il loro raggio d’azione.
“I parametri utilizzati per valutare una nuova tecnologia di celle solari si limitano in genere all’efficienza di conversione dell’energia e al costo in dollari per watt. Altrettanto importante è l’integrabilità, ovvero la facilità con cui la nuova tecnologia può essere adattata. I tessuti solari leggeri consentono l’integrabilità, dando impulso al lavoro” afferma Vladimir Bulović, titolare della cattedra Fariborz Maseeh in Tecnologie emergenti, leader del Laboratorio di elettronica organica e nanostrutturata (ONE Lab) e autore del documento che descrive il lavoro.
Il pannello solare snellito
Le tradizionali celle solari al silicio sono fragili, quindi devono essere racchiuse in vetro e imballate in pesanti e spessi telai di alluminio, il che limita dove e come possono essere utilizzate.
Sei anni fa, il team dell’ONE Lab ha prodotto celle solari utilizzando una classe emergente di materiali a film sottile, così leggeri da poter stare sopra una bolla di sapone. Ma queste celle solari ultrasottili venivano fabbricate con processi complessi, basati sul vuoto, che possono essere costosi e difficili da scalare. In questo lavoro, i ricercatori si sono proposti di sviluppare celle solari a film sottile interamente stampabili, utilizzando materiali a base di inchiostro e tecniche di fabbricazione scalabili.
Per produrre le celle solari, utilizzano nanomateriali sotto forma di inchiostri elettronici stampabili. Hanno poi rivestito la struttura delle celle solari utilizzando una macchina per il rivestimento delle fessure, che deposita strati di materiali elettronici su un substrato preparato e rimovibile (di soli 3 micron di spessore). Utilizzando la serigrafia (una tecnica simile a quella con cui si aggiungono i disegni alle magliette), un elettrodo viene depositato sulla struttura per completare il modulo solare.
Si piega ma non si spezza
I moduli solari così sottili e indipendenti sono difficili da maneggiare e possono rompersi facilmente, il che ne rende difficile l’impiego. Per risolvere questa sfida, il team del MIT ha cercato un substrato leggero, flessibile e ad alta resistenza su cui far aderire le celle solari. La soluzione ottimale è stata individuata in un tessuto composito che pesa solo 13 grammi per metro quadrato, noto in commercio come Dyneema. Questo tessuto è composto da fibre così resistenti da essere state utilizzate come corde per sollevare dal fondo del Mediterraneo la nave da crociera affondata, la famosa Costa Concordia. Aggiungendo uno strato di colla polimerizzabile con i raggi UV, dello spessore di pochi micron, i moduli solari vengono fatti aderire a fogli di Dyneema. In questo modo si ottiene una struttura solare ultraleggera e meccanicamente robusta.
“Anche se potrebbe sembrare più semplice stampare le celle solari direttamente sul tessuto, questo limiterebbe la scelta dei possibili tessuti o di altre superfici riceventi a quelle chimicamente e termicamente compatibili con tutte le fasi di lavorazione necessarie per realizzare i dispositivi. spiega Saravanapavanantham.
Quando hanno testato il dispositivo, i ricercatori del MIT hanno scoperto che era in grado di generare 730 watt di potenza per chilogrammo senza tessuto Dyneema e 370 watt per chilogrammo se veniva utilizzato sul tessuto Dyneema ad alta resistenza, una potenza per chilogrammo circa 18 volte superiore a quella delle celle solari convenzionali. I ricercatori hanno anche testato la durata dei loro dispositivi e hanno scoperto che, anche dopo averlo arrotolato e srotolato u per più di 500 volte, le celle mantenevano più del 90% della loro capacità iniziale di generare energia.
Pur essendo molto leggere e flessibili, queste celle solari devono essere rivestite con un altro materiale per proteggerle dall’ambiente. “Incorporare queste celle solari in un vetro pesante, come avviene di solito con le tradizionali celle solari al silicio, ridurrebbe al minimo il valore dell’attuale progresso, quindi il team sta attualmente sviluppando soluzioni di imballaggio ultrasottili”, spiega Mwaura. ” Ciò accelererebbe il passaggio di questa tecnologia al mercato”, aggiunge.
