Le celle fotovoltaiche funzionano proprio come le foglie perché catturano la luce del sole per trasformarla in energia. E’ naturale quindi immaginare che possano essere realizzate con materiali derivati direttamente dagli alberi. L’idea è stata sviluppata dal Georgia Institute of Technology insieme ai ricercatori della Purdue University, che hanno realizzato celle fotovoltaiche efficienti utilizzando substrati naturali derivati dagli alberi per ricavare nanocristalli di cellulosa (CNC). In questo modo, le celle fotovoltaiche possono essere rapidamente riciclate in acqua alla fine del loro ciclo di vita. La tecnologia è stata presentata sulla rivista scientifica Nature Publishing Group. Qui, i ricercatori riferiscono che le celle fotovoltaiche organiche raggiungono un’efficienza di conversione di potenza del 2,7%, una cifra senza precedenti per le celle su substrati derivati da materie prime rinnovabili. I substrati CNC sono trasparenti, così la luce può attraversarli prima di essere assorbita da uno strato molto sottile di un semiconduttore organico. Durante il processo di riciclaggio, le celle fotovoltaiche vengono semplicemente immerse in acqua a temperatura ambiente. Entro pochi minuti, il substrato CNC si dissolve e la cella solare può essere separata facilmente nei suoi componenti principali.
Il professor Bernard Kippelen del Georgia Tech College of Engineering, che ha condotto lo studio coordinando il team di ricerca, sostiene che il suo progetto apre la porta ad una nuova tecnologia delle celle fotovoltaiche davvero riciclabile, sostenibile e rinnovabile. “Lo sviluppo e le prestazioni dei substrati organici nella tecnologia solare continuano a migliorare, fornendo ai tecnici una buona indicazione per le applicazioni future”, ha detto Kippelen, che è anche il direttore del Centro di Georgia Tech for Organic Photonics and Electronics (COPE).
“Le celle fotovoltaiche biologiche devono essere riciclabili. Altrimenti stiamo semplicemente risolvendo uno solo dei problemi, la dipendenza dai combustibili fossili. Il valore aggiunto è dato dalla possibilità di produrre energia da fonti rinnovabili evitando di produrre rifiuti al termine del ciclo di vita delle celle solari”. Fino ad oggi, le celle fotovoltaiche organiche sono state realizzate in vetro o plastica, non facilmente riciclabili, con substrati a base di petrolio, non proprio eco-friendly. Per esempio, se le celle fabbricate su vetro dovessero rompersi durante la fabbricazione o l’installazione, i materiali non recuperabili sarebbero difficili da smaltire.
I substrati di cellulosa sono ecocompatibili, ma hanno mostrato prestazioni limitate a causa della loro elevata rugosità o porosità. I nanomateriali di cellulosa a base di legno, invece, hanno una bassa rugosità superficiale. “In futuro, vogliamo lavorare per migliorare l’efficienza di conversione di potenza di oltre il 10%, per raggiungere livelli simili alle celle fotovoltaiche fabbricate su substrati di vetro o con base di petrolio”, ha detto Kippelen. Il gruppo intende raggiungere questo obiettivo ottimizzando le proprietà ottiche degli elettrodi della cella fotovoltaica.
Il professore associato Jeffrey Youngblood, che insegna Ingegneria dei Materiali presso la Purdue University, ha collaborato con Kippelen alla ricerca. Un brevetto provvisorio sulla tecnologia è stato depositato presso l’Ufficio Brevetti degli Stati Uniti. C’è anche un altro effetto positivo nell’utilizzo di prodotti naturali per creare nanomateriali di cellulosa, ovvero l’impulso al settore dell’industria forestale che nei prossimi 5 anni potrebbe essere chiamata ad avviare una produzione su larga scala. Via: Greenstyle
