Il potenziale di generazione di energia dei pannelli solari – e una limitazione fondamentale al loro utilizzo – è il risultato di ciò di cui sono fatti. I pannelli in silicio stanno diminuendo di prezzo in modo tale che in alcune località possono fornire elettricità che costa all'incirca quanto l'energia da combustibili fossili come carbone e gas naturale. Ma i pannelli solari in silicio sono anche ingombranti, rigido e fragile, quindi non possono essere utilizzati ovunque.

In molte parti del mondo che non hanno elettricità regolare, i pannelli solari potrebbero fornire luce di lettura dopo il tramonto ed energia per pompare acqua potabile, aiutare ad alimentare piccole attività domestiche o di villaggio o persino servire rifugi di emergenza e campi profughi. Ma la fragilità meccanica, la pesantezza e le difficoltà di trasporto dei pannelli solari in silicio suggeriscono che il silicio potrebbe non essere l'ideale.

Basandosi sul lavoro degli altri, il mio gruppo di ricerca sta lavorando per sviluppare pannelli solari flessibili, che sarebbe efficiente come un pannello di silicio, ma sarebbe magro, leggero e pieghevole. Questo tipo di dispositivo, che chiamiamo "telo solare, " potrebbe essere esteso alle dimensioni di una stanza e generare elettricità dal sole, e potrebbe essere appallottolato per avere le dimensioni di un pompelmo e infilato in uno zaino fino a 1, 000 volte senza rompersi. Sebbene siano stati fatti alcuni sforzi per rendere le celle solari organiche più flessibili semplicemente rendendole ultrasottili, la vera durabilità richiede una struttura molecolare che renda i pannelli solari elastici e resistenti.

Semiconduttori al silicio

Il silicio è derivato dalla sabbia, che lo rende economico. E il modo in cui i suoi atomi si impacchettano in un materiale solido lo rende un buon semiconduttore, il che significa che la sua conduttività può essere attivata e disattivata utilizzando campi elettrici o luce. Perché è economico e utile, il silicio è la base per i microchip e i circuiti stampati nei computer, telefoni cellulari e praticamente tutti gli altri dispositivi elettronici, trasmissione di segnali elettrici da un componente all'altro. Il silicio è anche la chiave per la maggior parte dei pannelli solari, perché può convertire l'energia della luce in cariche positive e negative. Queste cariche fluiscono ai lati opposti di una cella solare e possono essere utilizzate come una batteria.

Ma le sue proprietà chimiche significano anche che non può essere trasformato in elettronica flessibile. Il silicio non assorbe la luce in modo molto efficiente. I fotoni potrebbero passare attraverso un pannello di silicio troppo sottile, quindi devono essere abbastanza spessi – circa 100 micrometri, circa lo spessore di una banconota da un dollaro, in modo che nessuna luce vada sprecata.

Semiconduttori di nuova generazione

Ma i ricercatori hanno scoperto altri semiconduttori che sono molto più bravi ad assorbire la luce. Un gruppo di materiali, chiamati "perovskiti, " può essere utilizzato per realizzare celle solari efficienti quasi quanto quelle al silicio, ma con strati fotoassorbenti che sono un millesimo dello spessore necessario con il silicio. Di conseguenza, i ricercatori stanno lavorando alla costruzione di celle solari in perovskite in grado di alimentare piccoli velivoli senza pilota e altri dispositivi in ​​cui la riduzione del peso è un fattore chiave.

Il Premio Nobel 2000 per la Chimica è stato assegnato ai ricercatori che per primi hanno scoperto di poter realizzare un altro tipo di semiconduttore ultrasottile, detto polimero semiconduttore. Questo tipo di materiale è chiamato "semiconduttore organico" perché è a base di carbonio, ed è chiamato "polimero" perché è costituito da lunghe catene di molecole organiche. I semiconduttori organici sono già utilizzati commercialmente, anche nell'industria miliardaria dei display a diodi organici a emissione di luce, meglio conosciuti come televisori OLED.

I semiconduttori polimerici non sono così efficienti nel convertire la luce solare in elettricità come le perovskiti o il silicio, ma sono molto più flessibili e potenzialmente straordinariamente durevoli. I polimeri regolari – non quelli semiconduttori – si trovano ovunque nella vita quotidiana; sono le molecole che compongono il tessuto, plastica e vernice. I semiconduttori polimerici hanno il potenziale per combinare le proprietà elettroniche di materiali come il silicio con le proprietà fisiche della plastica.

Il meglio di entrambi i mondi:efficienza e durata

A seconda della loro struttura, le materie plastiche hanno un'ampia gamma di proprietà, tra cui flessibilità, come con un telo; e rigidità, come i pannelli della carrozzeria di alcune automobili. I polimeri semiconduttori hanno strutture molecolari rigide, e molti sono composti da minuscoli cristalli. Questi sono fondamentali per le loro proprietà elettroniche, ma tendono a renderli fragili, che non è un attributo desiderabile né per gli articoli flessibili né per quelli rigidi.

Il lavoro del mio gruppo si è concentrato sull'identificazione di modi per creare materiali con buone proprietà semiconduttive e la durabilità per cui le plastiche sono note, flessibili o meno. Questa sarà la chiave della mia idea di un telo o una coperta solare, ma potrebbe anche portare a materiali di copertura, piastrelle per pavimenti esterni o forse anche le superfici di strade o parcheggi.

Questo lavoro sarà la chiave per sfruttare il potere della luce solare, perché, Dopotutto, la luce del sole che colpisce la Terra in una sola ora contiene più energia di quanta tutta l'umanità utilizzi in un anno.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.