Le celle solari rigide convenzionali a base di silicio generalmente presenti sul mercato non sono adatte alla produzione di celle solari modellabili a film sottile, in cui un trasparente, elettrodo flessibile ed elettricamente conduttivo raccoglie la luce e allontana la corrente. Un elettrodo in polimero intrecciato sviluppato da Empa ha ora prodotto i primi risultati molto promettenti, indicando che il nuovo materiale potrebbe sostituire i rivestimenti di ossido di indio e stagno.

La scarsità di materie prime e il crescente utilizzo di metalli rari stanno rendendo i componenti e i dispositivi elettronici sempre più costosi. Tali metalli rari sono usati, Per esempio, per realizzare gli elettrodi trasparenti che si trovano nei display touchscreen dei telefoni cellulari, display a cristalli liquidi, LED organici e celle solari a film sottile. Il materiale di elezione in questi casi è l'ossido di indio e stagno (ITO), un ossido misto in gran parte trasparente. Poiché ITO è relativamente costoso, però, è antieconomico da utilizzare in applicazioni di grandi aree come le celle solari.

La ricerca di alternative

Esistono ossidi trasparenti privi di indio, ma con l'aumento della domanda anche loro tendono a scarseggiare. Inoltre, rimangono i principali svantaggi come la fragilità. La ricerca di rivestimenti alternativi, trasparenti ed elettricamente conduttivi è quindi intensa, con materiali come polimeri conduttivi, nanotubi di carbonio o grafene sotto esame. elettrodi a base di carbonio, però, presentano in genere valori di resistenza superficiale eccessivi che li rendono pessimi conduttori elettrici. Se una griglia metallica è integrata nello strato organico, ne riduce non solo la resistenza ma anche la stabilità meccanica. Se una cella solare realizzata con questo materiale viene piegata, gli strati degli elettrodi si rompono e non sono più conduttivi. La sfida consiste quindi nel produrre substrati conduttivi flessibili ma stabili, idealmente in un processo di laminazione industriale conveniente.

Una soluzione:elettrodi intrecciati

Una possibilità particolarmente promettente è l'uso di un polimero intrecciato flessibile trasparente, che Empa ha sviluppato insieme alla società Sefar AG in un progetto sostenuto finanziariamente dalla Commissione svizzera per la tecnologia e l'innovazione (CTI). Sefar, specializzata in tessuti di precisione, è in grado di produrre il polimero tessuto in modo economico e in grandi quantità utilizzando un processo roll to roll simile al modo in cui vengono stampati i giornali. I fili di metallo intrecciati nel materiale assicurano che sia elettricamente conduttivo. In una seconda fase del processo il materiale viene annegato in uno strato plastico inerte che non però, coprire completamente i filamenti metallici, mantenendo così la sua conduttività. L'elettrodo che ne risulta è trasparente, stabile e tuttavia flessibile. I ricercatori dell'Empa hanno quindi applicato una serie di rivestimenti a questo nuovo substrato per creare una nuova cella solare organica la cui efficienza è compatibile con le celle convenzionali basate su ITO. Inoltre, l'elettrodo intrecciato è significativamente più stabile quando deformato rispetto ai substrati di plastica flessibile disponibili in commercio a cui è stato applicato un sottile strato di ITO conduttivo.