La tecnologia del fotovoltaico trasparente, dalla nascita a oggi
(Rinnovabili.it) – Negli ultimi anni l’evoluzione della tecnologia solare ha seguito essenzialmente tre direttive: aumentare l’efficienza dei moduli, abbassarne i costi e renderli perfettamente integrabili in qualsiasi materiale o struttura. Da quest’ultima esigenza è nato il fotovoltaico trasparente, celle solari invisibili a occhio nudo, create per assorbire specifiche lunghezze d’onda della luce, quali gli ultravioletti e le lunghezze d’onda vicino all’infrarosso.
Cugina alla lontana dei moduli fotovoltaici semi opachi (di cui ne ricalca la mission stravolgendo però design e funzionamento), la nuova tecnologia ha raggiunto i primi risultati importanti nel 2013 quando un gruppo di ricercatori del laboratorio di elettronica organica e nanostrutture di MIT ha realizzato il primo sistema in grado di produrre energia facendo passare più del 70% della luce visibile. L’efficienza era, ovviamente, molto bassa (2%), ma gli scienziati del MIT hanno avuto il merito d’aver aperto la strada ad un nuovo design funzionale per il fotovoltaico trasparente.
La struttura del fotovoltaico trasparente
Lo strato più spesso (a sinistra nell’immagine) è costituito dal vetro o dalla plastica; gli strati multipli di rivestimento sono dalla parte opposta (rivestimenti anti-riflesso e materiali in grado di rimbalzare specifiche lunghezze d’onda). Al centro si trovano invece gli strati attivi, i materiali semiconduttori che assorbono fotoni per rilasciare elettroni, e gli elettrodi trasparenti. Questa sorta di sandwich si collega ad un circuito esterno che trasporta la corrente generata dal dispositivo. “Usiamo una combinazione di ingegneria molecolare, progettazione ottica e ottimizzazione dei dispositivi – un approccio olistico per la progettazione del dispositivo trasparente”, spiegavano gli scienziati.
Un ulteriore sviluppo tecnologico si è ottenuto nel 2014, con la realizzazione del primo concentratore solare luminescente trasparente sviluppato dalla Michigan State University. In questo caso il sistema di raccolta solare utilizza piccole molecole organiche incluse in un doppio strato di vetro per assorbire UV e le lunghezze d’onda vicino all’infrarosso. I fotoni sono quindi guidati verso il bordo della struttura, dove sono convertiti in energia elettrica da sottili strisce di celle fotovoltaiche. “Dal momento che questi materiali organici non assorbono o emettono luce nello spettro visibile, sembrano eccezionalmente trasparenti per l’occhio umano”. Anche in questo caso però il fotovoltaico trasparente ha un’efficienza di conversione decisamente bassa (circa il 5%).
Il potenziale futuro del fotovoltaico trasparente
Si può, allora, davvero immaginare un futuro in cui il fotovoltaico trasparente possa sostituire in maniera efficiente e conveniente i vetri di finestre, auto o dispositivi mobili? Secondo lo scienziato Richard Lunt, che ha firmato entrambi i lavori, sì. Lunt, assegnista di ricerca al MIT e ora professore associato di Ingegneria Chimica e Scienza dei Materiali alla Michigan State University, ha analizzato il potenziale di questa tecnologia, cercando di capire se valesse la pena insistere o meno in questa direzione.
Nello studio pubblicato ieri su Nature, lo scienziato afferma che l’uso diffuso di tali applicazioni, unitamente alle unità sul tetto, potrebbe soddisfare quasi per intero la domanda elettrica statunitense riducendo drasticamente l’uso dei combustibili fossili.
Il ricercatore non sta solo tirando l’acqua al suo mulino: il fotovoltaico trasparente è riuscito effettivamente a migliorare la sua efficienza e può realisticamente raggiungere un rendimento superiore al 12%. Lo stesso Lunt chiarisce un aspetto fondamentale: le tecnologie solari trasparenti non saranno mai più efficienti nella conversione dell’energia solare rispetto alle controparti opache, tuttavia possono avvicinarsi alla loro resa e offrire un potenziale d’applicazione molto maggiore. “Stiamo lavorando per sviluppare il loro pieno potenziale”, spiega lo scienziato. “Le applicazioni solari tradizionali sono state oggetto di ricerca per oltre cinque decenni, noi lavoriamo sul fotovoltaico trasparente solo da cinque anni”.
In termini prettamente numerici, i ricercatori hanno calcolato che solo negli USA sono disponibili circa 5 miliardi – 7 miliardi di metri quadrati di superficie di vetro. Adottando il solare trasparente si potrebbe fornire circa il 40 per cento della domanda elettrica nazionale.