Nanotubi di carbonio per il fotovoltaico low cost

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I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un materiale a base di carbonio che è potenzialmente in grado di rivoluzionare il settore del fotovoltaico.

Il nuovo materiale per la costruzione delle celle fotovoltaiche è un conduttore trasparente caratterizzato da nanotubi di carbonio ed è un’ottima alternativa alle tecnologie attuali che sono strettamente dipendenti da un minerale abbastanza raro (silicio).

Il carbonio è molto abbondante nella terra, e i nanotubi di carbonio costituiscono un potenziale per aumentare la redditività a lungo termine dell’energia solare.

Il materiale è molto flessibile e questa flessibilità meccanica consente alle celle solari di poter essere integrate nei tessuti e in questo modo è possibile disporre di energia elettrica portatile e questo potrebbe rivelarsi molto utile ad esempio nel campo dell’elettronica applicata alle operazioni militari.

Questa ricerca è stata guidata dal professore di scienza dei materiali e di chimica, Mark C. Hersam e da Tobin J. Marks, Vladimir N. Ipatieff rispettivamente professore di chimica catalitica e di scienze dei materiali e ingegneria.

Lo studio si è guadagnato la copertina del numero di Ottobre 2011 della rivista scientifica Advanced Energy Materials, specializzata nella scienza dei materiali applicati all’energia.

Le celle fotovoltaiche sono caratterizzate da diversi strati e tra uno strato e l’altro è presente un conduttore trasparente che permette alla luce solare di passare alle celle ed essere convertita in energia elettrica.

Per entrambe le funzioni, il conduttore deve essere sia elettricamente conduttivo che otticamente trasparente. Pochi materiali possiedono contemporaneamente queste sue caratteristiche.

Attualmente l’ossido di indio-stagno (indium tin oxide – ITO) è il materiale che possiede queste caratteristiche di conduttore trasparente ma questo ha due limiti potenziali: è fragile, per cui non può essere utilizzato in quelle applicazioni che richiedono flessibilità; inoltre l’ossido di indio-stagno si basa sull’indio che è un elemento relativamente raro, e questo comporterebbe una maggiore domanda di questo elemento la costruzione di celle fotovoltaiche con conseguente aumento di prezzo.

Hersam spiega: “ se tale tecnologia diventasse realmente diffusa, come tutti speriamo, ci sarà probabilmente una crisi nella fornitura di indio. Il desiderio è quello di identificare nuovi materiali con le stesse caratteristiche abbondante nella terra, come il carbonio”.

Il team di ricerca di Hersam e Marks ha creato un’alternativa all’ossido di indio-stagno: nanotubi di carbonio, minuscoli e cavi con un diametro di un 1 nanometro.

Le proprietà dei nanotubi variano a seconda del loro diametro e del loro angolo chirale, l’angolo che descrive la disposizione degli atomi di carbonio per tutta la lunghezza del nanotubo. Queste proprietà determinano 2 tipi di nanotubi:

•Nanotubi metallici
•Nanotubi conduttori

I nanotubi metallici sono 50 volte più efficaci dei semiconduttori trasparenti utilizzati nelle celle solari organiche.

I ricercatori hanno identificato il tipo di nanotubi che deve essere utilizzato per la loro applicazione.

Dal momento che i nanotubi di carbonio sono flessibili, a differenza dell’ossidio di indio-stagno, il loro utilizzo potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni delle celle fotovoltaiche.

Ad esempio i militari potrebbero incorporare le celle solari flessibili nel materiale delle tende e fornire l’energia solare direttamente sul campo, oppure le celle solari potrebbero essere integrate a vestiti, zaini o borse.

Hersam dice: “con questa tecnologia meccanica flessibile, è molto più facile immaginare l’integrazione della tecnologia solare nella vita quotidiana, piuttosto che portare in giro una grande cella solare flessibile“.

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Energy News

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