Un gruppo di ricercatori del Massachussetts Institue of Technology (MIT) ha provato a immaginare celle solari così sottili, flessibili e leggere da poter stare su qualsiasi superficie, che sia una T-shirt, uno smartphone, un palloncino o un foglio di carta. L’esperimento è riuscito ed Eni ci ha messo la firma – e le tasche – con il progetto Eni-MIT Solar Frontiers Center insieme al National Science Foundation Usa.
Il procedimento per la produzione delle nuove celle è ben descritto nello studio “In situ vapor-deposited parylene substrates for ultra-thin, lightweight organic solar cells”: si tratta di ottenere con un unico processo la cella solare, il substrato che la sostiene e una ricopertura protettiva per proteggerla dall’ambiente. Il substrato è realizzato con un unico processo sotto vuoto limitando il contatto con polveri e contaminanti che potrebbero degradare le prestazioni della cella. Il passo innovativo è l’aver combinato in un unico processo la fabbricazione del dispositivo vero e proprio e del substrato.
Per il primo esperimento, il gruppo del MIT ha utilizzato il parylene, un polimero flessibile relativamente comune, sia come substrato che per la ricopertura, e il DBP, un materiale organico, come strato fotoassorbente primario. Questo perché il parylene è un rivestimento in plastica disponibile in commercio e ampiamente utilizzato per proteggere dai danni ambientali i dispositivi biomedici impiantati e i circuiti stampati. A differenza di quanto avviene per la fabbricazione tradizionale di celle solari, che richiede l’uso di alte temperature, il nuovo processo viene realizzato in una camera a vuoto a temperatura ambiente e senza l’uso di solventi. In particolare, la vera novità è la produzione del substrato: per cui potrebbero essere utilizzati diversi materiali e diversi tipi celle solari a film sottile, compresi punti quantici o perovskiti, oppure potrebbero essere sostituiti con gli strati organici utilizzati nei test iniziali.
Nonostante in questo esperimento la cella solare non è particolarmente efficiente, a causa del peso ridotto del dispositivo preso in esame, il rapporto potenza-peso è tra i più alti mai raggiunto. Le nuove cellule infatti hanno già dimostrato di poter produrre 6 Watt per grammo, circa 400 volte di più rispetto ai pannelli a base di silicio
Per dimostrare di aver prodotto le celle solari complete più sottili e più leggere mai realizzate, ne è stata deposta una sopra una bolla di sapone, senza far scoppiare la bolla. Certo, i ricercatori hanno riconosciuto che questa cella potrebbe essere troppo sottile per poter essere utilizzata, ma i film di parylene con spessori fino a 80 micron possono essere depositati facilmente su dispositivi commerciali di uso comune, come ad esempio gli smartphone o i notebook, senza perdere gli altri benefici della formazione di substrato.
Una volta concluso il processo di fabbricazione, i ricercatori hanno staccato l’intero parylene dal supporto, utilizzando un frame in film flessibile. Ne risultano delle celle solari ultra-sottili flessibili, compreso il substrato e la ricopertura, di solo un cinquantesimo dello spessore di un capello umano e un millesimo dello spessore di celle equivalenti su substrati di vetro. E nonostante ciò sono in grado di convertire la luce solare in energia elettrica con la stessa efficienza che può essere ottenuta su substrato in vetro.
Se prima i ricercatori utilizzavano un supporto di vetro per la creazione di celle solari, ora è possibile utilizzare quasi tutto il materiale. Generalmente infatti il fotovoltaico organico (OPV) viene depositato su substrato di vetro, che rappresenta la maggior parte del materiale del dispositivo, mentre in questo caso sia substrato che parte attiva vengono depositati con processi sotto vuoto. Questo perché la trasformazione avviene con semplici processi di lavorazione, ad esempio, il substrato e la cella solare possono essere depositati direttamente sul tessuto o sulla carta. Nonostante in questo esperimento la cella solare non sia particolarmente efficiente, a causa del peso ridotto del dispositivo preso in esame, il rapporto potenza-peso è tra i più alti mai raggiunto. Un risultato rivelante per le applicazioni in cui il peso è essenziale, come ad esempio sui veicoli spaziali o sui palloni di alta quota utilizzati per la ricerca. Più precisamente, un pannello solare a base di silicio – il cui peso è in gran parte dovuto alla copertura in vetro – può produrre circa 15 Watt di potenza per ogni chilogrammo, mentre le nuove celle hanno già dimostrato di poter produrre 6 Watt per grammo, circa 400 volte di più.
Il team del MIT sostiene che ci vorrà del tempo per sviluppare un vero e proprio prodotto basato interamente sulla nuova tecnologia a livello commerciale, ma nel lungo periodo questo lavoro potrebbe aprire la strada a nuove applicazioni per l’energia solare.
La collaborazione con Eni – fondatore del MIT Energy Initiative – prosegue dal 2008 e si affianca alla ricerca originale Eni sulle rinnovabili che si svolge presso il Centro Ricerche per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente di Novara. Negli ultimi dieci anni qui sono state ideate 170 innovazioni protette da oltre 500 brevetti in Italia e nel mondo. La produzione scientifica originale del centro è testimoniata anche dalle oltre 700 pubblicazioni scientifiche prodotte negli ultimi 10 anni.
