(PhysOrg.com) -- Un progresso scientifico nell'energia rinnovabile che promette una rivoluzione nella facilità e nel costo dell'utilizzo delle celle solari, è stato annunciato oggi. Un nuovo studio mostra che anche quando si utilizzano metodi di produzione molto semplici ed economici, in cui strati flessibili di materiale vengono depositati su ampie aree come la pellicola trasparente, è possibile realizzare strutture di celle solari efficienti.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Materiali energetici avanzati , apre la strada a nuove tecniche di produzione di celle solari e alla promessa di sviluppi nell'energia solare rinnovabile. Scienziati delle università di Sheffield e Cambridge hanno utilizzato la sorgente di neutroni ISIS e la sorgente di luce diamante presso il laboratorio STFC Rutherford Appleton nell'Oxfordshire per svolgere la ricerca.

Le celle solari in plastica (polimero) sono molto più economiche da produrre rispetto alle celle solari in silicio convenzionali e hanno il potenziale per essere prodotte in grandi quantità. Lo studio ha mostrato che quando miscele complesse di molecole in soluzione vengono distribuite su una superficie, come verniciare un tavolo, le diverse molecole si separano nella parte superiore e inferiore dello strato in modo da massimizzare l'efficienza della cella solare risultante.

Il dottor Andrew Parnell dell'Università di Sheffield ha affermato:"I nostri risultati forniscono importanti informazioni su come i pannelli solari ultra-economici per uso domestico e industriale possono essere prodotti su larga scala. Piuttosto che utilizzare metodi di fabbricazione complessi e costosi per creare una specifica nanostruttura di semiconduttori, la stampa ad alto volume potrebbe essere utilizzata per produrre pellicole su scala nanometrica (60 nanometri) di celle solari che sono oltre mille volte più sottili della larghezza di un capello umano. Questi film potrebbero quindi essere utilizzati per rendere conveniente, dispositivi a celle solari in plastica leggeri e facilmente trasportabili come i pannelli solari."

Dottor Robert Dalgliesh, uno degli scienziati dell'ISIS coinvolti nel lavoro, disse, "Questo lavoro illustra chiaramente l'importanza dell'uso combinato di fonti di diffusione di raggi X e neutroni come ISIS e Diamond nel risolvere le sfide moderne per la società. Utilizzando fasci di neutroni all'ISIS e i raggi X luminosi di Diamond, siamo stati in grado di sondare la struttura interna e le proprietà dei materiali delle celle solari in modo non distruttivo. Studiando gli strati nei materiali che convertono la luce solare in elettricità, stiamo imparando come le diverse fasi di lavorazione modificano l'efficienza complessiva e influiscono sulle prestazioni complessive delle celle solari polimeriche".

"Nei prossimi cinquant'anni la società dovrà soddisfare la crescente domanda di energia della popolazione mondiale senza utilizzare combustibili fossili, e l'unica fonte di energia rinnovabile che può farlo è il Sole", ha affermato il professor Richard Jones dell'Università di Sheffield. "In un paio d'ore cade sulla Terra abbastanza energia dalla luce solare per soddisfare il fabbisogno energetico della Terra per un anno intero, ma dobbiamo essere in grado di sfruttare questo su una scala molto più ampia di quanto possiamo fare ora. Le celle solari polimeriche economiche ed efficienti che possono coprire aree enormi potrebbero aiutarci a spostarci in una nuova era di energia rinnovabile".

Celle solari

I fotovoltaici sono dispositivi a semiconduttore utilizzati per generare energia rinnovabile a basso costo, più comunemente sotto forma di pannelli solari. Quando la luce solare colpisce una cella fotovoltaica, viene assorbito e la sua energia viene convertita in corrente elettrica. La maggior parte dei dispositivi fotovoltaici sono realizzati con silicio; però, i dispositivi possono essere realizzati anche in plastica (dispositivi fotovoltaici organici).

I film plastici possono essere depositati dalla soluzione a basso costo, tecniche di stampa roll to roll con conseguente notevole risparmio complessivo di energia e costi. È qui che il film viene messo su un rotolo e passa attraverso una serie di processi simili al modo in cui i giornali vengono stampati e rimossi alla fine da un rotolo. Attualmente esistono prodotti che utilizzano questo tipo di tecnologia. Per aumentare ulteriormente l'utilizzo, però, la tecnologia deve essere più efficiente. Le celle solari polimeriche sono attualmente efficienti dal 7 all'8%. Il prossimo passo è sviluppare celle che siano efficienti al 10% o più per la redditività commerciale.

I materiali utilizzati nella ricerca svolta dalla collaborazione sono denominati PCDTBT (poli [N-9′-eptadecanil-2, 7-carbazolo-alt-5, 5-(4′, 7′-di- 2-tienil-2′, 1′, 3′-benzotiadiazolo):PCBM ([6, 6]- fenil-C61-butirrico metilestere), un materiale basato sul lavoro vincitore del premio Nobel (Chimica 1996) del professor Richard Smalley e del professor Harry Kroto (tra gli altri) sulla forma di carbonio C60 Buckminsterfullerene o buckyball. Per studiare sono stati utilizzati raggi X luminosi utilizzando strumenti a Diamond Light Source la cristallinità del materiale; neutroni all'ISIS sono stati usati per esaminare il profilo di composizione del materiale.