I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un materiale a base di carbonio che potrebbe rivoluzionare il modo in cui viene raccolta l'energia solare. Il nuovo materiale delle celle solari - un conduttore trasparente fatto di nanotubi di carbonio - fornisce un'alternativa alla tecnologia attuale, che è meccanicamente fragile e fa affidamento su un minerale relativamente raro.
A causa dell'abbondanza terrestre di carbonio, i nanotubi di carbonio hanno il potenziale per aumentare la redditività a lungo termine dell'energia solare fornendo un'opzione efficiente in termini di costi man mano che la domanda per la tecnologia aumenta. Inoltre, la flessibilità meccanica del materiale potrebbe consentire l'integrazione delle celle solari nei tessuti e nell'abbigliamento, consentendo forniture di energia portatili che potrebbero avere un impatto su tutto, dall'elettronica personale alle operazioni militari.
La ricerca, guidato da Mark C. Hersam, professore di scienza e ingegneria dei materiali e professore di chimica, e Tobin J. Marks, Vladimir N. Ipatieff Professore di chimica catalitica e professore di scienza e ingegneria dei materiali, è presente sulla copertina del numero di ottobre 2011 di Materiali energetici avanzati , una nuova rivista specializzata in scienze sui materiali utilizzati nelle applicazioni energetiche.
Le celle solari sono composte da diversi strati, compreso uno strato conduttore trasparente che consente alla luce di passare nella cella e all'elettricità di fuoriuscire; affinché entrambe queste azioni si verifichino, il conduttore deve essere sia elettricamente conduttivo che otticamente trasparente. Pochi materiali possiedono contemporaneamente entrambe queste proprietà.
Attualmente, l'ossido di indio e stagno è il materiale dominante utilizzato nelle applicazioni di conduttori trasparenti, ma il materiale ha due potenziali limitazioni. L'ossido di indio e stagno è meccanicamente fragile, che ne preclude l'utilizzo in applicazioni che richiedono flessibilità meccanica. Inoltre, L'ossido di indio e stagno si basa sull'elemento relativamente raro indio, quindi il previsto aumento della domanda di celle solari potrebbe spingere il prezzo dell'indio a livelli problematicamente elevati.
"Se la tecnologia solare si diffonde davvero, come tutti sperano che accada, probabilmente avremo una crisi nella fornitura di indio, " Ha detto Hersam. "C'è un grande desiderio di identificare i materiali - in particolare gli elementi abbondanti sulla terra come il carbonio - che possono prendere il posto dell'indio nella tecnologia solare".
Il team di Hersam e Marks ha creato un'alternativa all'ossido di indio e stagno utilizzando nanotubi di carbonio a parete singola, minuscolo, cilindri cavi di carbonio di appena un nanometro di diametro.
I ricercatori sono andati oltre per determinare il tipo di nanotubo più efficace nei conduttori trasparenti. Le proprietà dei nanotubi variano a seconda del loro diametro e del loro angolo chirale, l'angolo che descrive la disposizione degli atomi di carbonio lungo la lunghezza del nanotubo. Queste proprietà determinano due tipi di nanotubi:metallici e semiconduttori.
nanotubi metallici, i ricercatori hanno scoperto, sono 50 volte più efficaci di quelli semiconduttori quando utilizzati come conduttori trasparenti nelle celle solari organiche.
"Abbiamo ora identificato con precisione il tipo di nanotubo di carbonio che dovrebbe essere utilizzato in questa applicazione, " disse Hersam.
Poiché i nanotubi di carbonio sono flessibili, al contrario del fragile ossido di indio e stagno, i risultati dei ricercatori potrebbero aprire la strada a molte nuove applicazioni nelle celle solari. Per esempio, i militari potrebbero incorporare le celle solari flessibili nel materiale della tenda per fornire energia solare direttamente ai soldati sul campo, o le cellule potrebbero essere integrate nei vestiti, zaini, o borse per l'elettronica indossabile.
"Con questa tecnologia meccanicamente flessibile, è molto più facile immaginare di integrare la tecnologia solare nella vita di tutti i giorni, piuttosto che portare in giro un grande, cella solare inflessibile, " disse Hersam.
I ricercatori stanno ora esaminando altri strati della cella solare per esplorare anche la loro sostituzione con nanomateriali a base di carbonio.
