(a) Uno schema della struttura gerarchica di un albero in cui ogni struttura è scomposta al livello delle fibrille elementari. (b) La carta normale con microfibre ha una struttura microporosa che causa dispersione della luce. (c) La nuova carta è composta da fibre di legno ossidate TEMPO per eliminare i micropori e migliorare la trasparenza ottica. Credito:Zanna, et al. ©2014 American Chemical Society
(Phys.org) —Un nuovo tipo di carta fatta di fibre di legno ma trasparente al 96% potrebbe essere un materiale rivoluzionario per le celle solari di prossima generazione. Proveniente da piante, la carta è economica e più rispettosa dell'ambiente rispetto ai substrati di plastica spesso utilizzati nelle celle solari. Però, il suo vantaggio più importante è che supera il compromesso tra trasparenza ottica e foschia ottica che grava sulla maggior parte dei materiali.
Un team di ricercatori dell'Università del Maryland, la South China University of Technology, e l'Università del Nebraska-Lincoln, hanno pubblicato un articolo sul nuovo materiale in un recente numero di Nano lettere .
Come spiegano i ricercatori, Le prestazioni delle celle solari beneficiano quando i materiali possiedono sia un'elevata trasparenza ottica (per consentire una buona trasmissione della luce) sia un'elevata foschia ottica (per aumentare la dispersione e quindi l'assorbimento della luce trasmessa all'interno del materiale). Ma così lontano, i materiali con elevati valori di trasparenza (di circa il 90%) hanno valori di opacità ottica molto bassi (inferiori al 20%).
La nuova carta a base di legno ha un'altissima trasparenza del 96% e una velatura ottica ultraelevata del 60%, che è il valore di foschia ottico più alto riportato tra i substrati trasparenti.
La ragione principale di questa buona prestazione in entrambe le aree è che la carta ha una struttura nanoporosa anziché microporosa. La carta normale è composta da fibre di legno e ha una bassa trasparenza ottica a causa delle microcavità presenti all'interno della struttura porosa che causano la dispersione della luce. Nel nuovo giornale, questi micropori vengono eliminati per migliorare la trasparenza ottica. Per fare questo, i ricercatori hanno utilizzato un trattamento chiamato TEMPO per indebolire i legami idrogeno tra le microfibre che compongono le fibre del legno, che fa sì che le fibre del legno si gonfino e collassino in un denso, struttura compatta contenente nanopori anziché micropori.
Haze di trasmissione ottica contro trasmittanza per diversi substrati a 550 nm. Vetro e PET sono nell'area verde, che sono adatti per display a causa della loro bassa foschia e alta trasparenza; la carta trasparente sviluppata in questo lavoro si trova nell'area ciano, che è il più adatto per le celle solari. Credito:Zanna, et al. ©2014 American Chemical Society
"Le carte sono realizzate con materiali simili a nastri che possono impilarsi bene senza cavità di microdimensioni per un'elevata trasmittanza, ma con nanopori per un'elevata foschia ottica, " coautore Liangbing Hu, Assistant Professor presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università del Maryland, detto Phys.org .
Per testare la carta per applicazioni di celle solari, i ricercatori hanno rivestito la carta in fibra di legno sulla superficie di una lastra di silicio. Gli esperimenti hanno dimostrato che il dispositivo di raccolta della luce può raccogliere la luce con un aumento dell'efficienza del 10%. Grazie alla semplicità di questo processo di laminazione, le celle solari che sono già state installate e sono in uso potrebbero beneficiare in modo simile dello strato di carta aggiuntivo.
Sebbene ci siano altre carte fatte di nanofibre, questo documento dimostra una trasmittanza ottica molto più elevata mentre utilizza molta meno energia e tempo per l'elaborazione. Con questi vantaggi, l'estremamente trasparente, la carta ad alta velatura potrebbe offrire un modo economico per migliorare l'efficienza dei pannelli solari, tetti solari, e finestre solari.
"Vorremmo lavorare con aziende di celle solari e display per valutare le applicazioni, " Hu ha detto. "Siamo interessati anche alla produzione di tale carta".
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