Celle fotovoltaiche trasparenti: il futuro dell’energia

cella trasparente - Foto di Fraunhofer Insitute
Celle fotovoltaiche trasparenti potrebbero essere usate come finestre oltre che per la copertura delle facciate degli edifici e nel frattempo produrrebbero energia per soddisfare il fabbisogno degli abitanti. Ecco come verrà sfruttata la luce solare, una delle principali fonti di energie rinnovabili.

Fino ad ora uno dei principali problemi dello sfruttamento dell’energia solare riguardava gli spazi necessari per installare i pannelli, ma grazie alle celle solari trasparenti le superfici adibite alla produzione di energia potrebbero aumentare notevolmente.

I ricercatori del Fraunhofer Institute in Germania hanno sviluppato un rivestimento permeabile alla luce che conduce elettricità, esso è alla base della tecnologia degli schermi trasparenti.
Attualmente la realizzazione di tale dispositivo è molto costosa, ma nel futuro le cose cambieranno, infatti, i ricercatori del  Fraunhofer Institute stanno unendo tutte le loro competenze con l’obiettivo di rendere questa tecnologia maggiormente accessibile.

I ricercatori stanno concentrando i loro sforzi in due direzioni:

La prima coinvolge direttamente la stampa delle strutture, infatti, fino ad ora i rivestimenti sono stati strutturati attraverso costosi processi litografici, ma esiste una particolare tecnica, chiamata processo sol-gel, mediante la quale i rivestimenti possono essere semplicemente applicati attraverso la stampa. Questo processo ad oggi non garantisce una buona conducibilità per gli schermi trasparenti. “Siamo già riusciti a migliorare di cinque volte la conducibilità dei rivestimenti stampati e questo li rende adatti per gli schermi. Crediamo di poter migliorare ulteriormente la tecnologia, infatti, attualmente la loro conducibilità è pari a un decimo di quella ottenuta dai rivestimenti tradizionali” spiega il dottor  Peer Löbmann, project manager presso l’ISC (Fraunhofer Institute for Silicate Research).
I ricercatori hanno già prodotto dei prototipi dimostrativi, oltre ad essere semplici da costruire, i rivestimenti stampati hanno ulteriori punti di forza: sono meno costosi rispetto alle tecniche tradizionali e il nuovo processo produttivo risulta essere molto più veloce.

La seconda riguarda lo sviluppo di nuovi tipi di rivestimenti che possano condurre l’elettricità in modo diverso rispetto ai rivestimenti tradizionali.
Comunemente i rivestimenti trasparenti sfruttano gli n-conduttori, in cui la conduzione dell’elettricità avviene  per mezzo degli elettroni. I ricercatori stanno sviluppando rivestimenti trasparenti fatti con materiali p-conduttori in cui dei buchi tra gli elettroni  permettono all’energia di scorrere.

Sebbene i materiali p-conduttori non conducano la corrente bene quanto gli n-conduttori e non siano così tanto trasparenti, l’obiettivo dei ricercatori è di combinare i due tipi di conduttori per realizzare componenti elettroniche come diodi, transistor e celle solari completamente trasparenti.

I ricercatori hanno già ottenuto un successo con la produzione di un conduttore trasparente usando il processo sol-gel, per il prossimo futuro puntano a migliorarne la conducibilità.

Per produrre questi rivestimenti i ricercatori e gli ingegneri del Fraunhofer Institute sfruttano le proprietà della materia: in base a quali atomi vengono usati si possono ottenere differenti tipi di rivestimento.

Il costo del materiale per produrre gli n-conduttori è molto elevato, per questo motivo l’attenzione viene spostata verso altri materiali che abbiano buone caratteristiche di adattabilità, conducibilità e trasparenza oltre a costi contenuti.

I ricercatori del Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, in collaborazione con altri colleghi, hanno sviluppato modelli e metodi per facilitare la ricerca del miglior materiale utilizzabile: usando le immagini ottenute attraverso un microscopio elettronico hanno rilevato il tipo di bordi che più comunemente si presentano nella grana del materiale come ad esempio irregolarità nella struttura cristallina regolare. Tali difetti sono stati modellati atomo per atomo e, tramite simulazioni, è stato possibile calcolare la distribuzione degli elettroni nelle strutture e nel materiale solido.

Da questi dati i ricercatori possono ricostruire la conducibilità e la trasparenza del materiale.

“Abbiamo trovato che il fosforo è adatto alla copertura p a base di ossido di zinco, sebbene l’azoto sia più promettente” spiega il dottor Wolfgang Körner, ricercatore dell’IWM.

Il concetto base dei rivestimenti trasparenti ha numerose applicazioni, oltre alla realizzazione di celle fotovoltaiche per la produzione di energia, gli schermi trasparenti potrebbero fare in modo che con un click la “finestra” diventi uno schermo così da poter vedere attraverso essa il paesaggio di un parco verde, mentre pochi secondi dopo appaiono sul vetro lettere e immagini colorate.
Nel futuro, tutto questo potrebbe rappresentare parte della vita di tutti i giorni.