Un team della University of Southern California ha prodotto pellicole flessibili e trasparenti di atomi di carbonio che, secondo i ricercatori, hanno un grande potenziale per una nuova generazione di celle solari.

"Le celle fotovoltaiche organiche (OPV) sono state proposte come mezzo per ottenere energia a basso costo grazie alla loro facilità di fabbricazione, peso leggero, e compatibilità con substrati flessibili, " ha scritto Chongwu Zhou, un professore di ingegneria elettrica presso la USC Viterbi School of Engineering, in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista ACS Nano .

La tecnica descritta nell'articolo descrive i progressi verso un nuovo design di celle OPV che presenta vantaggi significativi, in particolare nel campo della flessibilità fisica.

Un aspetto critico di qualsiasi dispositivo fotoelettronico OPV è un elettrodo conduttivo trasparente attraverso il quale la luce può accoppiarsi con materiali attivi per creare elettricità. Il nuovo lavoro indica che il grafene, una forma di carbonio altamente conduttiva e altamente trasparente composta da fogli spessi di atomi di atomi di carbonio, ha un alto potenziale per ricoprire questo ruolo.

Sebbene l'esistenza del grafene sia nota da decenni, è stato studiato approfonditamente solo dal 2004 a causa della difficoltà di produrlo in alta qualità e in quantità.

Il laboratorio Zhou ha riportato la produzione su larga scala di film di grafene mediante deposizione chimica da vapore tre anni fa. In questo processo, il team di ingegneri dell'USC crea fogli di grafene ultrasottili depositando prima atomi di carbonio sotto forma di film di grafene su una lastra di nichel da gas metano.

Quindi depongono uno strato protettivo di termoplastico sopra lo strato di grafene, e poi sciogliere il nichel sottostante in un bagno acido. Nella fase finale attaccano il grafene protetto dalla plastica a un foglio di polimero molto flessibile, che può quindi essere incorporato in una cella OPV. (vedi diagramma)

Il team dell'USC ha prodotto fogli di grafene/polimero di dimensioni fino a 150 centimetri quadrati che a loro volta possono essere utilizzati per creare array densi di celle OPV flessibili.

Questi dispositivi OPV convertono la radiazione solare in elettricità, ma non così efficiente come le celle di silicio. La potenza fornita dalla luce solare in una giornata di sole è di circa 1000 watt per metro quadrato. "Per ogni 1000 watt di luce solare che colpisce un'area di un metro quadrato della cella solare standard al silicio, Verranno generati 14 watt di elettricità, "dice Lewis Gomez De Arco, uno studente di dottorato e un membro del team che ha costruito gli OPV del grafene. "Le celle solari organiche sono meno efficienti; il loro tasso di conversione per quegli stessi mille watt di luce solare nella cella solare a base di grafene sarebbe di soli 1,3 watt".

Ma ciò che gli OPV di grafene mancano in termini di efficienza, possono potenzialmente più che fare a un prezzo più basso e, maggiore flessibilità fisica. Gomez De Arco pensa che alla fine potrebbe essere possibile far funzionare macchine da stampa che posano vaste aree coperte con celle solari economiche, proprio come i giornali stampano i giornali.

"Potrebbero essere appesi come tende nelle case o addirittura trasformati in tessuto ed essere indossati come indumenti che generano energia. Posso immaginare persone che accendono il proprio telefono cellulare o dispositivo musicale/video mentre fanno jogging al sole, " Egli ha detto.

I ricercatori dell'USC affermano che gli OPV di grafene rappresenterebbero un importante progresso in almeno un'area cruciale rispetto a un progetto OPV rivale, uno a base di ossido di indio-stagno (ITO). Nei test del team USC, Le celle ITO si sono guastate con un angolo di flessione molto piccolo, mentre le celle a base di grafene sono rimaste operative dopo ripetute piegature ad angoli di sollecitazione molto più grandi. Questo darebbe alle celle solari al grafene un deciso vantaggio in alcuni usi, comprese le applicazioni stampate su tessuto proposte dal team USC.

Zhou e gli altri ricercatori del team USC - che includeva Yi Zhang, Cody W. Schlenker, Koungmin Ryu, e Mark E. Thompson, oltre a Gomez de Arco, sono entusiasti del potenziale di questa tecnologia.

Il loro articolo conclude che il loro approccio costituisce un progresso significativo verso la produzione di elettrodi conduttivi trasparenti nelle celle solari. "Il grafene CVD soddisfa i più importanti criteri di abbondanza, basso costo, conducibilità, stabilità, compatibilità elettrodo/film organico, e flessibilità necessarie per sostituire ITO nel fotovoltaico organico, che potrebbe avere importanti implicazioni per i futuri dispositivi optoelettronici organici".