Pannelli solari pieghevoli: la soluzione che rende fotovoltaica qualsiasi superficie

Ricercatori cinesi, tedeschi e sauditi hanno sviluppato celle solari flessibili al silicio che possono piegarsi come carta e mantenere il 96,03% della loro efficienza di conversione energetica  dopo 20 minuti di esposizione simulata al vento. Normalmente la loro resa è del 24%, piuttosto alta. 

Queste celle sono resistenti alle variazioni di temperatura, perdendo solo lo 0,38% di efficienza dopo aver oscillato tra -70°C e 85°C per due ore. La flessibilità è stata ottenuta smussando le interfacce che innescano le crepe sui wafer di silicio, creando una rete microscopica di crepe pre definite che consente loro di piegarsi. I wafer trattati sono stati utilizzati per produrre celle solari a etero-giunzione con un’efficienza di conversione di potenza fino al 23,4% e un rivestimento antiriflesso che aumenta l’efficienza al 24,6%. Queste celle flessibili sono adatte per il fotovoltaico integrato negli edifici e nelle automobili, aprendo la strada ai progressi della tecnologia dell’energia solare.

Le celle solari tradizionali a base di silicio, che rappresentano il 95% del mercato, sono note da tempo per la loro efficienza nel convertire la luce solare in elettricità. Tuttavia, la loro intrinseca rigidità e fragilità ne ha limitato l’applicazione su superfici ondulate o flessibili. Sono quindi emerse come potenziali soluzioni alternative celle solari a film sottile realizzate con materiali come il silicio amorfo, Cu(In,Ga)Se2, CdTe, organici o perovskiti. Purtroppo, queste alternative spesso soffrono di una bassa efficienza di conversione di potenza, di instabilità chimica e dell’uso di elementi tossici o scarsi.

La prossima rivoluzione solare: tutto sarà un pannello fotovoltaico

Con la tecnologia fotovoltaica sempre più economica e facile da integrare, il solare non è più un componente aggiuntivo, ma una parte strutturale dei nuovi edifici.
Per affrontare queste sfide, un team di ricercatori guidati da Wenzhu Liu dell’Istituto di microsistemi e tecnologie dell’informazione di Shanghai, Accademia delle scienze cinese, ha cercato di sviluppare una cella solare in silicio flessibile ma efficiente. Hanno scoperto che i wafer di silicio cristallino testurizzato tendono a rompersi in corrispondenza di specifiche interfacce taglienti formate da elementi piramidali sui loro bordi. Utilizzando l’incisione chimica e al plasma per smussare queste interfacce che provocano le crepe, i ricercatori sono stati in grado di creare una rete microscopica di crepe nei wafer, che sono quindi diventati flessibili.

Dai wafer rigidi alle celle solari flessibili

Con i wafer di silicio trattati ormai flessibili, il team di ricerca ha proceduto alla fabbricazione di celle solari a etero-giunzione. Assemblate in grandi moduli flessibili con un’area superiore a 10.000 cm2, queste celle hanno dimostrato un’efficienza di conversione dell’energia fino al 23,4%. L’applicazione di un rivestimento antiriflesso a base di fluoruro di magnesio ha ulteriormente aumentato l’efficienza al 24,6%.

Queste celle solari flessibili al silicio presentano diversi vantaggi rispetto alle tradizionali celle rigide e alle loro controparti a film sottile. Non solo mantengono un’elevata efficienza di conversione dell’energia, ma presentano anche una resistenza alle vibrazioni, ai piegamenti ripetuti e alle fluttuazioni estreme di temperatura. Questo le rende ideali per moduli solari flessibili, leggeri e su larga scala, che possono essere integrati in edifici e veicoli.

Applicazioni potenziali e sviluppi futuri

Le celle solari flessibili al silicio aprono nuove possibilità di impiego dell’energia solare. Il fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV) può trarre vantaggio da queste celle flessibili, in quanto possono essere installate su superfici curve o integrate in materiali edili, come finestre o facciate, ma an che tende, ombrelloni e coperture temporanee. Anche il fotovoltaico integrato nelle auto (CIPV) può trarre vantaggio da queste celle, consentendo ai veicoli di generare elettricità dalla luce solare e riducendo la loro dipendenza dai combustibili fossili. Si passerà dal fotovoltaico limitato a certe superfici al fotovoltaico ovunque, e senza ulteriori occupazioni del suolo.