Le nanotecnologie daranno vita alla terza generazione del fotovoltaico?

By | agosto 1, 2010
Nanotecnologie sono quelle tecniche che operano su materiali a dimensioni microscopiche, dell’ordine di un miliardesimo di metro; sono quindi in grado di manipolare la materia a livello di pochi atomi o molecole. L’applicazione delle nanotecnologie ai sistemi di produzione delle celle fotovoltaiche è già in corso in molti laboratori in giro per il mondo e presto saranno sul mercato le celle fotovoltaiche di nuova generazione, nano fotovoltaiche, che costituiranno un nuovo paradigma nel settore.
Viste più da vicino le nuove celle usano le classiche armi dellenanotecnologie, come nano tubi di carbonio ed altre strutture microscopiche, per realizzare componenti fotovoltaici dell’ordine di 1/1000 dello spessore di un capello umano. Il risultato è, da una parte un pannello solare che usando una quantità di materia di gran lunga minore riesce ad essere molto più leggero e meno costoso di un pannello tradizionale, dall’altra una flessibilità di applicazione inimmaginabile con gli attuali pannelli: il nanofotovoltaico può essere sottile come un foglio di alluminio, può essere applicato su una superficie con i tradizionali processi di stampa o dato per mezzo di spray, ad esempio su vetri o pareti.

Pannelli stampati con inchiostro a base di nanoparticelle
La società americana Nanosolar, che ha stabilimenti anche in Germania, si è detta pronta ad immettere sul mercato pannelli fotovoltaici consistenti in fogli sottili stampati con inchiostri di nanoparticelle fotovoltaiche. Il film fotovoltaico è stato certificato per una resa di conversione della luce solare in energia elettrica pari al 15,3% , quindi nella fascia alta degli attuali sistemi che vanno da 8 a 20% di conversione.
Sono in sviluppo presso il Lawrence Berkeley National Laboratory. Un singolo nano filamento di silicio ha lo spessore di 1/1000 di un capello umano e costituisce una cella fotovoltaica completa. Questa tecnologia usa una quantità piccolissima di silicio e per di più usa il più economico silicio non cristallino, cosa che, insieme alla semplicità del processo produttivo, lascia intravedere costi finali molto più bassi degli attuali. Ad oggi la tecnologia non è ancora pronta per andare sul mercato per via della percentuale di conversione ancora bassa, intorno al 5%. Ma ci sono attese per portarla in breve tempo a superare il 10% facendo diventare questo tipo di celle delle celle solari a film sottile ad alta efficienza e “low-cost” .
Strutture ordinate di nano antenne
Le nano antenne hanno una larghezza di 1/25 di un capello umano e sono sistemate in strutture ordinate su fogli di plastica, del tipo di quella utilizzata per gli alimenti, dando origine ad uno strato che appare di color oro.
Presso l’U.S. Department of Energy’s Idaho National Laboratory dove sono in sviluppo le nano antenne hanno dimostrato di essere in grado di catturare fino al 80% della radiazione luminosa nel medio infrarosso. Questo significa che il fotovoltaico basato sulle nanoantenne è in grado di produrre energia elettrica anche dopo il tramonto del sole assorbendo la radiazione infrarossa riemessa dalla terra. In base a questa caratteristica i ricercatori americani prefigurano che le nano antenne possono produrre energia elettrica sfruttando il calore delle pareti di un’abitazione e nello stesso tempo raffreddarle senza ricorrere all’aria condizionata.
Al momento il problema da superare è l’elevata frequenza della corrente prodotta dalle nano antenne, migliaia di miliardi di cicli al secondo , incompatibile con i 50-60 cicli/sec della corrente alternata normalmente usata. La soluzione a cui si sta lavorando è quella di costruire raddrizzatori di dimensioni nanometriche o in alternativa adoperare circuiti elettrici in grado di ridurre la frequenza dell’energia prodotta.
Nanospray
New Energy Technologies, in partnership con Nanostructure Optoelectronics Lab, ha sviluppato un metodo per distribuire su una superficie, come uno spray, nanocelle fotovoltaiche trasparenti grandi come ¼ di un chicco di riso. Non è al momento nota l’efficienza di conversione di questa tecnologia. L’applicazione attualmente in sviluppo è SolarWindows, un prodotto per realizzare finestre in grado di produrre elettricità sia dalla radiazione solare che dalla luce artificiale.
Tutte queste soluzioni tecnologiche e le nuove che sicuramente verranno, che utilizzano materiali nano strutturati, costituiscono nel loro complesso una nuova classe di fotovoltaico, definito “ nanofotovoltaico” che si prevede sarà la terza generazione delle tecnologie per produrre elettricità dal sole. Grazie alla sua potenzialità intrinseca di mettere a disposizione prodotti flessibili nell’applicazione ed a basso costo il nanofotovoltaico darà una mano alla diffusione del fotovoltaico nel mondo.


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