Celle solari di carta: nanotecnologia e carta opaca e trasparente

La carta ha già cambiato una volta la storia del mondo. Rispetto, infatti, ai precedenti supporti scrittorii, la carta, arrivata in Occidente grazie agli Arabi e a un prigioniero cinese nell'ottavo secolo d.C., era più resistente e più bianca, due caratteristiche che, insieme ad altre, hanno contribuito a determinarne il successo. Questa è storia e chiunque la conosce, ma questo prodotto così presente nella nostra quotidianità sembra destinato ancora una volta a entrare nella storia e in un ambito a essa apparentemente del tutto estraneo: quello del fotovoltaico.

L'invenzione della carta ha già rivoluzionato una volta la storia. Che sia il momento di una nuova rivoluzione?

(L'invenzione della carta ha già rivoluzionato una volta la storia. Che sia il momento di una nuova rivoluzione?)

E siccome, come spesso si dice, "la storia si ripete", la notizia (recentissima) arriva sì dai dipartimenti di Ingegneria meccanica e dei materiali, Ingegneria elettrica e Ingegneria delle Scienze materiali della University of Maryland e dal dipartimento di Ingegneria meccanica della University of Nebraska-Lincoln, ma con la collaborazione del laboratorio di Pulp and Paper Engineering della South China University of Technology a Guangzhou, la più grande città costiera del sud della Cina. I risultati delle ricerche di questo team altamente specializzato, oltre che internazionale, sono stati presentati a Dicembre su un numero di Nano Letters, la rivista americana dedicata alle nanoscienze e alle nanotecnologie.

Un'immagine della South China University of Technology, parte del team che sta studiando l'uso della carta nel fotovoltaico

(Un'immagine della South China University of Technology, parte del team che sta studiando l'uso della carta nel fotovoltaico)

La ricerca ha, senz'altro, dello straordinario, giacché incentrata sulla sperimentazione di fibre di cellulosa modificate in maniera tale da fungere da base per un nuovo rivestimento per pannelli solari. Sembra, dunque, aver superato la naturale opposizione tra trasparenza e opacità ottica. La prima consente, infatti, una buona trasmissione luminosa, mentre l'altra aumenta la dispersione e, quindi, l'assorbimento, della luce trasmessa internamente al materiale. Riunite trasparenza e opacità in un'unica cella e avrete delle celle altamente performanti!

La questione è, però, che, in natura, trasparenza e opacità non sono esattamente compresenti e sembrano, anzi, inversamente proporzionali; se, infatti, si opta per materiali estremamente trasparenti, l'opacità è ovviamente molto bassa (al 90 % di trasparenza corrisponde il 20 % o meno di opacità). Così, la plastica, sebbene abbia un bassissimo livello di opacità (meno dell'1 %), ha, invece, un altissimo livello di trasparenza (dell'ordine del 90 %).

Così come la conosciamo, dunque, la carta potrebbe difficilmente trovare applicazione nella realizzazione di celle solari; un foglio di carta lucida ha, infatti, un'opacità ottica superiore al 50 %, ma la sua trasparenzaè  inferiore all'80 %. 

Unite trasparenza e opacità e avrete la cella fotovoltaica perfetta

(Unite trasparenza e opacità e avrete la cella fotovoltaica perfetta)

Il team cino-americano ha, dunque, collaborato in questo senso, verso la realizzazione di una nuova carta cellulosica, in grado di vantare una trasparenza del 96 % ed un'opacità del 60 %.

Come è stato possibile? Eliminando dalla carta tradizionale le microcavità e dotandola, così, di una struttura nanoporosa grazie alla decompressione delle fibre primarie della cellulosa, gonfiate, tramite un sistema di ossidazione, sino al collasso. La carta così ottenuta (con alta densità e proprietà ottiche elevate) è stata, poi, testata applicandola sulla superficie di una lastra di silicio.

Il risultato? I test di laboratorio hanno mostrato che il rivestimento può aumentare del 10% l'efficienza della cella grazie a un incremento del valore di conversione della luce, dal 5, 34 % al 5, 88 %. La sostituzione della carta alla plastica nella realizzazione delle celle solari sembra, dunque, vicina, con ovvie e importanti conseguenze sulla riduzione di costi di fabbricazione.

Per il nuovo prodotto del team cino-americano si preannunciano, infatti, costi contenuti: i processi di ossidazione utilizzati per le micro-fibre richiedono, infatti, un'intensità energetica inferiore rispetto ad altri esperimenti in tal senso.

AutoreDott.ssa Morena Deriu

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