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Costruita la prima cella solare tutta in carbonio

Il carbonio ha il potenziale per offrire alte prestazioni a basso costo e per questo, i ricercatori americani hanno creato la prima cella solare tutta carbonica come una promettente alternativa per i dispositivi fotovoltaici attuali

Scritto da Hoda Arabshahi il 02.11.2012

Un team di scienziati dell’Università di Stanford ha costruito la prima cella solare realizzata completamente in carbonio, una promettente alternativa ai materiali costosi utilizzati nei dispositivi fotovoltaici attuali. I risultati sono pubblicati nell’edizione online del 31 ottobre  della rivista ACS Nano.

Crediti: Stanford University

“Il carbonio ha il potenziale per offrire alte prestazioni a basso costo”, ha dichiarato il primo autore Zhenan Bao, professore di ingegneria chimica a Stanford. “Sulla base della nostra migliore conoscenza, questa è la prima dimostrazione di una cella solare funzionante che ha tutti i componenti in carbonio.”

A differenza dei pannelli solari in silicio rigido che adornano molti tetti, il prototipo di pellicola sottile di Stanford è stato costruito dai materiali carbonici che possono essere rivestiti da una soluzione. “Forse in futuro si potrebbe guardare ai mercati alternativi in cui  le celle solari flessibili di carbonio coprirebbero la superficie degli edifici, le finestre o i veicoli per generare elettricità”, ha continuato Bao.

“La tecnica di rivestimento ha anche il potenziale per ridurre i costi di produzione”, ha spiegato lo studente laureato di Stanford Michael Vosgueritchian, co-autore dello studio con il ricercatore Marc Ramuz. “Lo sviluppo delle celle solari in base di silicio richiede molti passaggi. Ma il nostro intero dispositivo potrebbe essere costruito utilizzando semplici metodi di rivestimento che non richiedono strumenti costosi e diverse macchine.”

La cella solare sperimentale del gruppo di Bao consiste di uno strato fotoattivo che assorbe la luce solare, inserito tra due elettrodi. In una tipica cella solare a pellicola sottile, gli elettrodi sono costruiti dai metalli conduttivi e dall’ossido misto di indio e stagno (ITO). “I materiali come l’indio sono rari e sempre più costosi a causa della domanda di celle solari,  pannelli tattili e di altri dispositivi elettronici nel mercato,” ha affermanto Bao. “Il carbonio, invece, è a basso costo e molto abbondante sulla Terra.”

Per raggiungere i risultati dello studio, Bao e i suoi colleghi hanno sostituito l’argento e l’ITO utilizzando degli elettrodi convenzionali con grafene – i fogli di carbonio che sono un atomo sottile di nanotubi di carbonio che sono 10.000 volte più stretti di un capello umano. “I nanotubi di carbonio hanno una straordinaria conducibilità elettrica e la proprietà dell’assorbimento di luce”, ha dichiarato Bao.

Per lo strato attivo, gli scienziati hanno utilizzato il materiale creato dai nanotubi di carbonio e dai buckminsterfullereni” – gli atomi di carbonio che si dispongono ai vertici di un particolare poliedro semiregolare. Il team di ricerca ha recentemente registrato un brevetto per il dispositivo completo.

Uno svantaggio del prototipo tutto carbonico è che assorbe principalmente nella lunghezza d’onda del vicino infrarosso, contribuendo ad una efficienza di laboratorio di meno dell’1 percento – molto più bassa di quella delle celle solari disponibili in commercio.

Il team di Stanford sta esaminando una varietà di metodi per migliorare l’efficienza. “Dobbiamo capire come rendere ogni strato molto liscio impilando i nanomateriali al meglio,” ha affermato il ricercatore.

I ricercatori stanno anche sperimentando nanomateriali di carbonio in grado di assorbire  una maggiore luce in un range più vasto di lunghezze d’onda compreso lo spettro visibile. “I materiali in carbonio sono molto robusti,” ha aggiunto Bao.

“Tali materiali rimangono stabili alle temperature dell’aria di quasi 1.100 gradi Fahrenheit. Siamo convinti che tutte le celle solari di carbonio potrebbero essere utilizzati negli ambienti estremi, ad esempio ad alta temperatura o ad alto stress fisico. Ma ovviamente noi vogliamo la massima efficienza possibile e stiamo lavorando su come  migliorare il nostro dispositivo,” ha concluso Vosgueritchian.

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