Le nuove cellule fotovoltaiche ispirate al design dei LEGO: come risparmiare sui costi e avere pannelli con un maggior rendimento
Chi non ha mai giocato con il LEGO? Dalle costruzioni più tradizionali ai moderni LEGO Thecnic, i famosissimi mattoncini colorati sono stati il passatempo preferito dei bambini di intere generazioni in tutto il mondo.
Trascorrere i pomeriggi costruendo innumerevoli case, castelli, macchine e fortini ha sviluppato la creatività e l'ingegno di molti e per continuare ad ispirare i bambini e gli adulti la LEGO ha sviluppato nuove creazioni che collimano con la sempre maggiore attenzione che gli individui pongono verso le energie rinnovabili.
Questo ha portato in primis alla creazione di LEGO Solar Panel, un piccolo pannello solare che sviluppa 5V di energia allo scopo di alimentare i nuovi modelli motorizzati. In seconda battuta, la casa produttrice di giocattoli danese ha inventato una serie di costruzioni ispirate alle rinnovabili, dalla pala eolica alla macchina elettrica, all'interno di un programma educativo comune a 38 Paesi (tra cui spicca la mancanza dell'Italia) in collaborazione con FIRST (For Inspiration and Recognition of Science Technology).
In questo progetto ai ragazzini coinvolti verrà chiesto di analizzare pregi e difetti delle varie fonti di energia rinnovabile, che dovranno poi utilizzare per dare vita a vari robot giocattolo.
Forse è stato proprio questo nuovo interesse della casa produttrice di mattoncini colarati ad aver ispirato un team di scienzati dell'Imperial College di Londra che hanno pensato proprio al LEGO come forma perfetta per creare una nuova superficie per pannelli solari.
(Casetta fotovoltaica della Lego)
Le celle solari più utlizzate nelle case e nell'industria sono oggi realizzate con tanti e spessi strati di materiale atto ad assorbire la luce, portando i pannelli ad avere un costo ancora elevato. I nuovi progetti si sono dunque improntati alla ideazione di celle realizzabili ad un costo inferiore. Per ridurre i costi però, la strada è quella di diminuire gli strati di materiale fotoassorbente. Infatti esso, da solo, vale la metà del prezzo di un pannello solare e dunque per ridurne i costi deve essere ideato qualcosa che riduca la quantità di materiale impiegato. Utilizzare meno strati fotoassorbenti non è però un'operazione semplice, in quanto le ricerche sin qui svolte hanno dimostrato che a un minor numero di strati corrisponde un'inferiore quantità di energia assorbita.
È per ovviare a questo problema un team di fisici londinesi, in collaborazione con esperti provenienti da Belgio, Cina e Giappone, ha ideato una superficie fotoassorbente che al livello microscopico assomiglia molto ai mattoncini per le costruzioni. Sopra un numero di strati inferiori allo standard sono stati applicate delle piccole borchiette in alluminio, che ricordano la forma del LEGO. Il compito di queste borchiette è quello di intercettare i raggi solari e convogliarli all'interno dello strato fotoassorbente.
Lo studio, pubblicato il 18 ottobre sullo Scientific Reports, afferma come questa nuova tecnica potrebbe ovviare al problema della poca efficienza e degli alti costi che negli anni ha impedito alla tecnologia solare di sopraffare quella a carbon fossile. Secondo il dottor Nicholas Hylton, capo del progetto al dipartimento di fisica dell'Imperial College, gli ottimi risultati della nuova tecnologia, combinati con i rivestimenti antiriflesso più moderni potranno portare alla realizzazione di celle solari sempre più efficienti e a prezzi competitivi. Infatti, la superficie così ideata potrebbe migliorare l'efficienza dei pannelli solari fino al 22%.
Per realizzare tutto ciò, il dottor Hylton e i suoi colleghi hanno attaccato file di borchiette in alluminio a 100 nanometri dalla parte superiore del pannello, ricoperta da un film sottile in Arseniuro di gallio (GaAs), permettendogli d'interagire con il passaggio della luce e causare ai singoli raggi solari un cambiamento di rotta. I raggi vengono così intrappolati all'interno del pannello solare, costringendoli a percorrerlo per la sua intera lunghezza. I fotoni sono così a contatto con il pannello per un tempo superiore alla norma e permettono quindi un maggior assorbimento di energia.
Oltre alla forma "a LEGO" delle borchiette sopra il pannello, fondamentale è stata la scelta del materiale in cui realizzarle. In passato gli scienziati avevano preferito utilizzare l'argento e l'oro per convolgiare la luce in quanto era nota la loro forte interazione con coi raggi solari. Questa scelta si è però rivelata una mossa sbagliata, i metalli preziosi infatti, hanno si una maggior interazione con la luce, ma ne assorbono una buona parte. In questo modo viene dunque ridotta di fatto la quantità di luce che entra nel pannello solare e che verrà poi convertita in energia. Gli scienziati londinesi hanno quindi pensato all'alluminio come materiale perfetto per creare questa sovra struttura del pannello solare. Diversamente dai metalli preziosi, l'alluminio non assorbe la luce ma la diffonde. Inoltre esso è decisamente meno costoso di argento e oro.
Data l'estrema duttilità di una tecnologia che sfrutta superfici sempre minori, il futuro successo di questa scoperta apre alla possibilità di creare pannelli solari flessibili e dunque applicabili anche sulle superifici curve, garantendo la massima efficienza dei pannelli indipendentemente dalla struttura su cui sono posizionati. Ancor più importante però, è il fatto che lo sviluppo di questa nuova scoperta potrà portare a pannelli solari a costi sempre minori, permettendo quindi una diffusione di questa fonte alternativa di energia maggiore e più capillare.
