Dare alle celle solari in plastica una spinta energetica

Le celle solari polimeriche stanno trovando impiego negli zaini e negli ombrelli a ricarica solare, ma convertono ancora solo il 6% circa dell'energia della luce solare in elettricità, o circa un terzo di quella di cui sono capaci i pannelli di silicio convenzionali. Se l'efficienza delle celle solari polimeriche, che sono più economiche e più leggere delle celle al silicio, può essere aumentata in modo significativo, potrebbero essere ideali per l'intonacatura dei tetti o la laminazione delle finestre.

Plastiche di potenza: Solarmer Energy mira a raggiungere il 10% di efficienza entro la fine di quest'anno con le sue celle solari in plastica stampabili. I suoi moduli solari organici dovrebbero essere incorporati negli zaini e nei pannelli di ricarica dei telefoni cellulari entro l'inizio del 2011.

Energia solare , con sede a El Monte, in California, ha l'obiettivo di raggiungere il 10% di efficienza entro la fine di quest'anno, afferma Yue Wu, amministratore delegato dell'azienda e direttore della ricerca e sviluppo. Le celle organiche avranno probabilmente bisogno almeno di tale efficienza per competere sul mercato fotovoltaico.

In collaborazione conLuping Yu, professore all'Università di Chicago, la startup ha precedentemente progettato polimeri che assorbono un'ampia gamma di lunghezze d'onda e ha realizzato celle che convertono la luce solare in elettricità con un'efficienza record di quasi l'8%.

Sono in lavorazione celle solari polimeriche con efficienze ancora più elevate. Solarmer sta collaborando con Per contattare Yang , professore di scienze dei materiali e ingegneria presso l'Università della California, Los Angeles. Yang sta lavorando su una pila di più cellule che assorbono diverse bande di luce. Prevede di raggiungere un'efficienza del 12-15 percento utilizzando questo approccio insieme a nuovi polimeri e una migliore progettazione del dispositivo. Finora ha realizzato prototipi di laboratorio con un'efficienza superiore al 6%. Presenta questo lavoro martedì al Incontro dell'American Physical Society .

Le celle solari polimeriche dovrebbero essere più economiche da realizzare rispetto a quelle a film sottile di cadmio-tellururo o rame indio gallio seleniuro (CIGS) perché utilizzano materiali a basso costo facili da stampare, afferma Michael McGehee , professore di scienze dei materiali e ingegneria alla Stanford University. Ma McGehee ritiene che le celle polimeriche dovranno avere un'efficienza superiore al 15% per avere un impatto importante sul mercato dell'energia solare. Ancora non capiamo la fisica abbastanza bene per sapere qual è il limite teorico, dice McGehee. Penso che le celle con il 15-20 percento potrebbero essere possibili.

Il team di ricerca di Solarmer ha molteplici tattiche per aumentare l'efficienza delle celle. Le sue celle sono costituite da un polimero semiconduttore che assorbe la luce solare e rilascia elettroni e una nanostruttura di carbonio che trasporta gli elettroni al circuito esterno.

All'interno del polimero, gli elettroni passano da un livello di energia basso a uno alto quando vengono bombardati da fotoni. Più piccola è la differenza (o bandgap) tra questi livelli, più luce assorbe una cellula e maggiore è la sua efficienza. Un modo per ridurre il bandgap è abbassare il livello di energia più alto. Il professore di chimica dell'Università di Chicago Yu sta usando questa tecnica per progettare nuovi tipi di polimeri a banda stretta. La bellezza delle celle solari organiche è che siamo in grado di progettare nuovi materiali in grado di adattare quei livelli di energia, afferma Yang.

I ricercatori stanno anche cercando di migliorare l'interfaccia tra il polimero e la nanostruttura di carbonio in modo che gli elettroni possano spostarsi più velocemente verso il circuito esterno senza rimanere intrappolati nel materiale. E stanno sviluppando materiali per elettrodi migliori e modi migliori di fabbricare gli elettrodi. Yang afferma che questi progressi alla fine consentiranno di aumentare l'efficienza delle singole cellule e delle cellule impilate.

Anche se Solarmer raggiunge l'obiettivo del 10% di efficienza, afferma Wu, potrebbero volerci fino a tre anni prima che l'azienda possa stampare pannelli per tetti di livello commerciale con tali valutazioni. In questo momento, l'azienda prevede di avere dispositivi su borse per laptop e pannelli posteriori per telefoni cellulari all'inizio del 2011, seguiti da tende da sole e ombrelloni.

Yang afferma che le celle solari organiche necessitano non solo di maggiori efficienze ma anche di maggiore stabilità. Ciò che viene commercializzato non è la massima efficienza, ma la tecnologia più riproducibile, afferma. In effetti, avvio solare di plastica Konarka , con sede a Lowell, MA, produce pannelli flessibili su larga scala nonostante un'efficienza compresa tra il 3 e il 5%.

Adam Moulé , un professore di ingegneria chimica e scienza dei materiali presso l'Università della California, Davis, afferma che aumentare la durata delle celle solari organiche è ora la sfida più grande. I pannelli Solarmer hanno una durata massima di tre anni.

Il record di efficienza del 7,9% riportato è davvero sorprendente, afferma Moulé. Se si potessero realizzare unità fotovoltaiche organiche con un'efficienza energetica superiore al 5% con una durata garantita di oltre cinque anni, allora penso che saranno competitive con CIGS e silicio a causa del costo ridotto del pannello.

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