Stamperemo pannelli solari come fossero giornali

Le nostre prospettive più promettenti di un futuro alimentato da energie pulite sono incentrate su grandi quantità di energia solare. E i pannelli solari sarebbero molto più economici e numerosi se fossero fatti di plastica invece che di silicone—in questo modo potrebbero essere “stampati” in un materiale flessibile e sarebbero facilmente applicabili a muri, finestre, o dove volete. Alcuni ricercatori hanno fatto una scoperta importante sulla composizione della plastica solare, che potrebbe velocizzare l'arrivo di strisce fotovoltaiche sottili e pieghevoli.

“In sostanza, potremo stampare pannelli solari esattamente come stampiamo i giornali, cioè su vasta scala e a basso costo, in modo da mettere la tecnologia fotovoltaica a disposizione di tutti,” mi ha detto Francoise Provencher, l'autore principale del nuovo studio effettuato all'Università di Montreal.

Quest'idea di realizzare pannelli solari economici e arrotolabili come quotidiani non è nuova: Konarka, una compagnia del Massachussetts, ha iniziato a stampare una grande quantità di pannelli di materiale polimerico nel 2008. Ma degli ostacoli decisivi hanno impedito che il business decollasse: i pannelli solari di materiale organico o di plastica, composti da polimeri sottili e flessibili invece che da rigido silicone, non sono efficienti tanto quanto i pannelli classici. Non ancora, almeno.

Questo è uno dei motivi per cui Konarka ha dichiarato la bancarotta nel 2012; i pannelli stampati dall'azienda raggiungevano un livello di efficienza solo del 3-5 percento, mentre i pannelli fotovoltaici classici sono già nel range del 15-21 percento di efficienza.

I ricercatori, però, stanno andando avanti. Un team di ingegneri della Georgia Tech ha costruito nel 2012 un nuovo e più efficiente tipo di celle fotovoltaiche di plastica). L'anno scorso degli scienziati del Northwestern hanno progettato un polimero che, in condizioni ottimali, aveva un'efficienza energetica quasi del 9 percento.

Ora il team di ricercatori dell'Università di Montreal ha dato un'importante svolta alla comprensione del modo in cui i raggi luminosi stimolano gli elementi chimici nei pannelli solari di plastica, il che permetterà alle stampanti fotovoltaiche di incrementare ulteriormente l'efficienza.

“Le nostre scoperte sono di importanza fondamentale per la comprensione dei meccanismi di base, dei dettagli dal punto di vista molecolare di tutti i sistemi di conversione solare—abbiamo fatto grandi progressi nella ricerca di quel sacro Graal che si sta cercando da decenni,” ha affermato Provencher in una dichiarazione seguita alla pubblicazione dello studio.

“Il nostro studio è rivoluzionario perché siamo stati i primi ad aver esaminato il modo in cui si muove la nuvola di elettroni sul polimero semiconduttore mentre vengono generate le cariche elettriche,” mi ha scritto Provencher in una mail. “Ero davvero sorpreso dai risultati perché sfidano il modo in cui di solito vediamo la separazione delle cariche.”

“Normalmente il processo avviene in 4 punti: 1) la molecola “donatrice” viene stimolata dalla luce, 2) questa molecola trasferisce un elettrone a una vicina “accettatrice” per formare una coppia elettrone-buca (la buca è una carica positiva che viene creata dall'assenza dell'elettrone nel polimero), 3) la coppia elettrone-buca si separa in cariche libere e 4) le cariche creano l'elettricità allontanandosi,” ha affermato. “La grande sorpresa è che, nel sistema che abbiamo studiato, il nostro esperimento mostra che tutto accade contemporaneamente.”

Questo è piuttosto bizzarro—ma il punto fondamentale è che gli scienziati nel campo del fotovoltaico si preoccupavano che se la coppia elettrone-buca non si fosse separata nella maniera corretta, avrebbe ostacolato in modo importante l'efficienza del pannello di plastica. Ma si è scoperto che separa correttamente, il che significa che non ci sono limiti per i pannelli solari di plastica. Okay, magari qualche limite c'è—è previsto che l'efficienza sia comunque inferiore rispetto ai pannelli di silicone, ma forse non in modo così influente, quando entrano in gioco anche il costo e la praticità.

“Le stime che oggi si fanno sul limite termodinamico dell'efficienza delle celle fotovoltaiche organiche sono tra il 22 e il 27 percento,” afferma Provencher. “Se si fa un paragone, le celle fotovoltaiche in silicone hanno il limite di efficienza termodinamica del 33 percento, non è tanto più alta. Lo scopo della comunità scientifica è di arrivare al 30 percento, ma è richiesta una grande svolta scientifica nell'elaborazione del materiale progettato nel modo giusto, e il nostro studio è un passo importante verso questa svolta.”

C'è da dire che i pannelli fotovoltaici di plastica sono sottili—possono essere prodotti con lo spessore di un capello umano—ed economici. Ciò che manca dal punto di vista dell'efficienza può essere compensato dal costo. Le enormi centrali fotovoltaiche del futuro saranno ancora costruite con il silicone. Ma i pannelli solari di plastica saranno adatti anche ad altri ambiti, oltre che alla vita di tutti i giorni.

Secondo Provencher i pannelli di plastica “avranno fortuna grazie alle loro caratteristiche uniche: sono flessibili, leggeri, stampabili, economici (un esempio, finestre ricoperte di pannelli fotovoltaici, pannelli solari portatili per spedizioni in zone fuori mano, utilizzo nei paesi del terzo mondo)” e diventeranno molto forti sul mercato.

Uno dei fatti perversi relativi allo sfortunato declino di Kontarka è che la domanda era in costante crescita. Nel 2012, l'anno della bancarotta, la compagnia aveva ricevuto più ordini che mai. Inoltre, la tecnologia indossabile e stampabile è ufficialmente nei prossimi grandi piani della Silicon Valley. Il sogno di stampare pannelli solari in grandi quantità, in altre parole, è più vivo che mai.

“Questo significa che potremo essere in grado di incrementare l'efficienza delle celle fotovoltaiche ancora un po', il giusto ciò di cui abbiamo bisogno per una rivoluzione dell'energia fotovoltaica."