Dalla Germania celle solari organiche trasparenti e con il 15% d’efficienza

Il nuovo record prestazionale sarà sfruttato all’interno del progetto tedesco “H2OPV”. L’obiettivo? Realizzare moduli fotovoltaici sottili da integrare in una pellicola di tessuto galleggiante con cui coprire i serbatoi d’acqua.

celle solari organiche trasparenti
Credits: Fraunhofer ISE

Le celle solari organiche trasparenti mirano a galleggiare sull’acqua

(Rinnovabili.it) – La ricerca tedesca nel campo del fotovoltaico organico continua a sfornare record. Se solo solo qualche giorno si celebrava la straordinaria efficienza raggiunta dall’Università Friedrich-Alexander con moduli di 26 e 204 centimetri quadrati, oggi è il turno del Fraunhofer ISE. L’istituto, in collaborazione con il Freiburg Materials Research Center FMF, ha realizzato nuove celle solari organiche trasparenti dotate di un’efficienza del 14,9%. Di per sé il numero potrebbe non risultare così sorprendente. A renderlo speciale, consacrandolo come un nuovo primato mondiale è l’area attiva della cella a cui fa riferimento: un centimetro quadrato.

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Perché è così importante? Perché come spiegano i ricercatori del Fraunhofer ISE, una delle sfide maggiori con la tecnologia fotovoltaica (non solo quella organica) è trasferire i valori di conversione della luce in elettricità che si ottengono su piccolissime celle di laboratorio ad aree più grandi. 

Il nuovo record è frutto di un lavoro lungo anni e si inserisce all’interno di un progetto ambizioso: realizzare moduli fotovoltaici sottili da integrare in una pellicola di tessuto galleggiante con cui coprire i serbatoi d’acqua. L’iniziativa è stata battezzata con il nome di H2OPV e ha da subito trovato l’appoggio del Ministero Federale Tedesco dell’Economia e dell’Energia. I partner del progetto stanno lavorando contemporaneamente su diversi focus : dalla formulazione di nuovi semiconduttori organici all’ottimizzazione di processi di stampa per la produzione delle pellicole, fino ai test delle strutture galleggianti.

Nuovi materiali per le celle solari organiche trasparenti

Uno dei primi problemi da risolvere riguarda naturalmente la durata delle celle solari e la loro efficienza, fattori oggi ancora non paragonabili a quelli della tecnologia in silicio. Ma la velocità con cui tali prodotti vengono sviluppati oggi è elevata. L’obiettivo del team è mettere a punto semiconduttori organici che riescano a vantare una alta resa e durare almeno un decennio

“Le celle solari organiche – spiega un nota stampa del Fraunhofer ISE – possono essere prodotte senza l’uso di metalli pesanti e altri elementi critici, sono leggere, meccanicamente flessibili, possono essere integrate molto bene e hanno un aspetto omogeneo anche con un design semitrasparente. Selezionando semiconduttori organici che assorbono solo la luce infrarossa, è possibile inoltre sviluppare celle trasparenti per finestre, pellicole di copertura agricola o vetri per serre”.

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A differenza del fotovoltaico tradizionale, in quello organico lo strato che assorbe la luce non è costituito da un unico materiale, ma da una miscela di materiali donatori – accettori. Dopo la cattura dei fotoni, avviene molto rapidamente un trasferimento del portatore di carica all’interfaccia tra i due materiali, solitamente polimeri coniugati (donatore) e fullereni derivati (accettore). Questo passaggio è stato per lungo tempo caratterizzato da perdite di energia, che riducevano la tensione della cella. Inoltre, i fullereni assorbono pochissima luce solare, motivo per cui l’elettricità è generata principalmente dal componente donatore. Senza contare che i semiconduttori organici di solito assorbono solo in un certo intervallo di lunghezze d’onda. 

La ricerca di settore sta sviluppando nuovi materiali che possano superare questi problemi. Oggi, ad esempio, come accettori vengono testate molecole molto più simili ai materiali donatori e le cui proprietà ottiche ed elettriche possono essere modificate intervenendo sulla struttura chimica. Tuttavia i buoni risultati si erano ottenuti finora su aree molto piccole, nell’ordine di pochi millimetri quadrati. Il team tedesco è riuscito a replicarli su una superficie di 1,1 cm2.

“Siamo rimasti molto soddisfatti dei risultati, poiché non abbiamo subito perdite”, afferma il Dr. Birger Zimmermann, team leader per la tecnologia di produzione per celle solari organiche presso Fraunhofer ISE. “Questo è un passo importante nella giusta direzione”, aggiunge il Dr. Uli Würfel, capo del dipartimento Fotovoltaico organico e perovskite del Fraunhofer ISE “e abbiamo anche alcune idee su come aumentare ulteriormente l’efficienza. Quindi le prossime settimane e mesi saranno molto eccitanti”.

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