I pannelli solari in silicio cristallino potrebbero essere altrettanto efficaci se incorporati in dispositivi elettronici indossabili elastici o in una pelle flessibile di robot quanto lo sono quando vengono utilizzati come pannelli rigidi sul tetto. I ricercatori KAUST hanno escogitato un modo per trasformare il silicio rigido in celle solari che possono essere allungate di un 95 percento da record, pur mantenendo un'elevata efficienza di cattura dell'energia solare del 19%.

Sebbene si stiano studiando molti nuovi materiali solari, il silicio rimane di gran lunga il preferito dall'industria fotovoltaica. "Il silicio monocristallino rimane il materiale preferito nell'industria fotovoltaica grazie al suo basso costo, atossicità, ottima affidabilità, buona efficienza e maturità del processo produttivo, "dice Nazek El-Atab, un ricercatore post-dottorato nei laboratori di Muhammad Mustafa Hussain.

Uno svantaggio del silicio, per determinate applicazioni, è la sua rigidità, a differenza di alcune celle solari a film sottile. Però, queste celle flessibili sono costituite da materiali a basso costo, materiali organici a bassa efficienza o materiali inorganici più efficienti ma molto costosi. Hussain e il suo team hanno ora compiuto un passo significativo verso il superamento di questa limitazione sviluppando soluzioni a basso costo, alta efficienza, celle solari elastiche a base di silicio.

Il passaggio chiave è stato quello di prendere un pannello in silicone rigido disponibile in commercio e rivestire la parte posteriore del pannello con un materiale altamente estensibile, poco costoso, elastomero biocompatibile denominato ecoflex. Il team ha quindi utilizzato un laser per tagliare la cella rigida in più isole di silicio, che erano tenuti insieme dal supporto in elastomero. Ogni isola di silicio è rimasta collegata elettricamente ai suoi vicini tramite contatti posteriori interdigitati che percorrevano la lunghezza della cella solare flessibile.

Il team ha inizialmente realizzato isole di silicio a forma di rettangolo, che potrebbe essere allungato a circa il 54 per cento, dice Hussain. "Al di là di questo valore, lo sforzo di stiramento ha portato a crepe diagonali all'interno delle fragili isole di silicio, " dice. Il team ha provato diversi design per spingere ulteriormente l'elasticità, consapevoli che ogni fetta di silicio rimossa riduceva l'area disponibile per la cattura della luce. Il team ha provato un motivo a rombi prima di stabilirsi sui triangoli. "Utilizzando il modello triangolare, raggiungiamo il record mondiale di elasticità ed efficienza, " dice Hussain.

Il team prevede di incorporare il materiale solare di silicio elastico per alimentare una pelle artificiale multisensoriale sviluppata dal laboratorio di Hussain. Anche realizzare pannelli solari che si estendano con una flessibilità ancora maggiore è un obiettivo. "Le celle solari dimostrate possono essere allungate principalmente in una direzione, parallelamente alla griglia dei contatti posteriori interdigitati, " dice Hussain. "Stiamo lavorando per migliorare la capacità di allungamento multidirezionale".