Celle Solari in perovskite stampate in 3d anche in film a basso costo e flessibili

Le celle solari potrebbero presto essere stampate in 3D per una frazione del prezzo, afferma il team di ricerca dell’ AFRL il laboratorio di ricerca aeronautica.

Secondo un nuovo studio pubblicato nella rivista scientifica Advanced Energy Materials, i ricercatori del laboratorio di ricerca aeronautica (AFRL) utilizzando un approccio ispirato alla stampa 3D per rendere le celle solari più economiche. Lungo la strada, hanno trovato un potenziale di applicazione inutilizzato, come dice l’autore principale il Dr. Santanu Bag.

“Il sole è abbondante e è gratuito”, spiega Bag,  scienziato del progetto presso la Direzione di Produzione di AFRL. “Le celle solari possono generare elettricità in modo rispettoso dell’ambiente, ma i costi di fabbricazione attuale sono complessi e rendono la tecnologia costosa. Stiamo esaminando nuovi modi per utilizzare materiali e tecnologie di produzione per renderli meno costosi”.

Nell’industria emergente dell’energia solare, l’efficienza è un fattore chiave per il successo, ma non è stato un percorso facile da raggiungere. Dal momento che la ricerca sulle celle solari iniziò per la prima volta negli anni Cinquanta, la tecnologia è rimasta complessa e impegnativa nel lavoro. Il silicio puro deve essere estratto da un materiale originale (quarzo e sabbia sono due dei più comunemente utilizzati) e poi trasformati in sottili wafer. Questi wafer di silicio vengono quindi trattati con sostanze chimiche per formare un campo elettrico polarizzato. Ora i semiconduttori, le cellule sono incapsulate in un sistema di supporto specializzato per costituire un modulo fotovoltaico; Solo allora i moduli (o le celle solari) raccolgono e trasformano la luce del sole in una corrente elettrica.

Sembra facile da dire, ma questo non è niente rispetto alle ore di lavoro richieste. Inoltre, i costi proibitivi associati a questo processo produttivo sono rimasti un grave ostacolo nella diffusione dell’energia solare, nonostante l’efficienza dei costi inerenti all’utilizzo dell’energia solare. ( Non in Italia dove abbiamo la più alta incidenza percentuale di pannelli solari installati ).

Consapevoli del problema, il team di Bag ha lavorato duramente per trovare una soluzione innovativa. “Se vuoi rendere il solare competitivo, devi rendere le celle solari più efficienti e convenienti”, dice. “Le celle di silicio utilizzano materiali puramente inorganici, che per natura sono molto duri. Avevamo bisogno di un materiale facilmente stampabile e allo stesso tempo in grado di catturare la luce del sole”.

La questione di trovare rapidamente un materiale appropriato è arrivata subito – un materiale che potrebbe fornire un’alternativa valida al silicio inorganico e duro, ma in grado di ancora trasformare l’energia solare. Hanno trovato  una fonte di ispirazione improbabile, infatti il team di AFRL ha mutuato il concetto della carta da giornale stampati con inchiostro, come modello di lavoro.

La perovskite a film sottile ha dimostrato di avere un’eccellente capacità di assorbimento della luce e  una potente efficienza di conversione del potere. Eppure solo di recente è stato stdiato e si comincia ad impiegarlo  nei pannelli solari. La perovskite è in giro fin dagli anni ’90, spiega il principale ricercatore di AFRL, ma l’attenzione era sempre stata rivolta alla produzione di diodi emettitori di luce, senza sfruttare l’energia solare.

Ora, i cambiamenti climatici e le carenze energetiche hanno messo il materiale innovativo sugli scudi. Lo studio di Bag si è concentrato in modo specifico sul  materiale precursore della perovskite attraverso le onde ultrasoniche, che consente di ottenere goccioline di aerosol fine che possono essere trasferite in un ugello della stampante a spruzzo aerosol-jet. Il materiale potrebbe quindi ricoprire una superficie appropriata, creando una cella solare con un’efficienza del 15,4%.

Ancora meglio, Bag e la sua squadra hanno dimostrato che queste celle solari possono essere stampate su una superficie 3D pur mantenendo un’efficienza del 5,4%. Potrebbe essere la stampa 3D il materiale stesso? “Non abbiamo ottimizzato le condizioni per la stampa 3D  ancora, ma sappiamo che può essere fatto”, dice Bag. “Una volta che si sa come stampare, si aprono enormi potenzialità per altre applicazioni”.

Le applicazioni sono potenzialmente infinite. Utilizzando questo materiale e il processo di stampa, il metodo di AFRL potrebbe essere utilizzato per stampare celle solari flessibili sull’abbigliamento. La robotica auto-alimentata, i dispositivi emettitori di luce e persino i sensori flessibili auto-alimentati diventano improvvisamente applicazioni realizzabili in una realtà non troppo distante, piuttosto che fantascienza.

Bag e la sua squadra, che comprende altri ricercatori, il dottor Michael Durstock, capo del settore delle materie plastiche soft della direzione AFRL e James Deneault, ingegnere di ricerca della Universal Technology Corporation, hanno presentato una domanda di brevetto per la tecnologia e sono Attualmente in attesa della risposta.

Certo, la ricerca è ancora nelle sue fasi iniziali, ma il potenziale impatto del nuovo processo produttivo non può essere sottovalutato. I risparmi sui costi potrebbero essere enormi.

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