Celle fotovoltaiche pieghevoli: i risultati straordinari di uno studio in Corea

L’avvento della tecnologia elettronica pieghevole ha portato ad una intensa ricerca in questo campo, sia nell’ambito accademico che in quello industriale.

Sul fronte delle tecnologie flessibili ci sono già stati dei progressi, ma la tecnologia dei dispositivi effettivamente pieghevoli è una cosa diversa, in quanto deve consentire la resistenza a sollecitazioni meccaniche forti, come quelle causate da un raggio di curvatura molto piccolo (0,5 mm).

Attualmente le celle solari compongono pannelli rigidi e piatti, difficilmente integrabili con dispositivi di uso comune come telefoni, veicoli, dispositivi interni, poiché il materiale dovrebbe essere pieghevole e allo stesso tempo molto resistente.

Per poter ottenere dei risultati rilevanti in termini di piegamento nella tecnologia dell’energia solare, occorre utilizzare dei conduttori trasparenti che presentino una straordinaria resilienza meccanica, al contrario dei tradizionali materiali conduttori che invece mancano di flessibilità.

Un team internazionale di ricercatori ha lavorato ad uno studio nel campo di pannelli di nuova generazione,  sotto la guida dal prof. Jeon della Pusan National University in Corea, che spiega: "A differenza dell'elettronica semplicemente flessibile, i dispositivi pieghevoli sono soggetti a deformazioni molto più dure, con raggi di piegatura piccoli come 0,5 mm. Questo non è possibile con substrati di vetro ultra-sottili convenzionali e conduttori trasparenti di ossido metallico, che possono essere resi flessibili ma mai completamente pieghevoli."

I conduttori impiegati nella realizzazione di dispositivi pieghevoli devono quindi resistere alla pressione della curvatura entro un raggio molto piccolo, mantenendone l’integrità e tutte le sue proprietà; è necessario ricorrere ad un materiale conduttore che sia sottile, flessibile, trasparente e resistente.

La ricerca degli studiosi ha portato ad uno studio, pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Science, che identifica nelle pellicole in nanotubi di carbonio a parete singola (SWNT) la soluzione al problema.

Gli SWNT però, pur avendo il vantaggio dell’elevata trasparenza e resistenza meccanica, faticano ad aderire alla superficie del substrato quando viene applicata la flessione, e quindi gli scienziati hanno incorporato lo strato conduttore in un substrato poliimmide (PI), riempendo gli spazi vuoti nei nanotubi  e risolvendo così il problema.

Per ottenere il massimo rendimento, il materiale risultante è stato inoltre “drogato” per aumentarne ulteriormente la conduttività: introducendo delle impurità nello strato nanocomposito SWNT – PI, gli elettroni avranno infatti bisogno di meno energia per muoversi nella struttura.

I risultati ottenuti dallo studio, dichiara Jeon “sono tra i migliori tra quelli finora riportati per le celle solari flessibili, sia in termini di efficienza che di stabilità meccanica" . Il materiale, di soli 7 micrometri di spessore, è incredibilmente resistente alla flessione, ha l’80% di trasparenza e un’efficienza di conversione della potenza del 15.2%, superando di gran lunga le aspettative del team di ricercatori.