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La rivoluzione del fotovoltaico, con il grafene ed i suoi 'amici'

Possibili celle solari ultrasottili, flessibili e meno costose

24 maggio, 19:37
Una fase della realizzazione del dispositivo fotovoltaico costituito da due cristalli di grafene e da un cristallo di disolfuro di tungsteno (fonte: Condensed Matter Physics Group/università di Manchester) Una fase della realizzazione del dispositivo fotovoltaico costituito da due cristalli di grafene e da un cristallo di disolfuro di tungsteno (fonte: Condensed Matter Physics Group/università di Manchester)

Il grafene non smette di sorprendere: in combinazione con alcuni suoi 'amici', ossia materiali anch'essi sottilissimi, dello spessore di un atomo, ha dimostrato di poter essere alla base di una nuova generazione di celle solari, molto più sottili, flessibili e meno costose di quelle attuali.
Costruito con blocchetti di questi materiali, come fossero dei mattoncini Lego, il dispositivo è descritto sulla rivista Science e potrebbe rivoluzionare il fotovoltaico, modificandone radicalmente la diffusione. Il risultato si deve al gruppo internazionale coordinato da Liam Britnell, dell'università britannica di Manchester, al quale ha collaborato l'italiana Cinzia Casiraghi, che lavora nella stessa università e nella Freie University di Berlino.
Questo risultato potrebbe rivoluzionare il fotovoltaico perché dimostra che è possibile realizzare celle solari così sottili e flessibili da poter essere incorporate nelle pareti o nelle finestre. Celle fotovoltaiche di questo tipo sarebbero inoltre meno costose rispetto a quelle attuali.

Il grafene è il materiale più sottile del mondo, più forte e più conduttivo, il migliore candidato a sostituire il silicio ma non è l'unico materiale bidimensionale che promette meraviglie. La scoperta del grafene, valsa il Nobel ad Andre Geim e Kostya Novoselov dell’università di Manchester, coautori di questo lavoro, ha portato alla scoperta di una nuova famiglia di materiali super sottili, dello spessore di un atomo. Sono cristalli a due dimensioni che hanno straordinarie qualità. Per esempio, ha spiegato Casiraghi, sono ottimi isolanti e conduttori di elettricità formidabili e, se usati in combinazione e impilati gli uni sugli altri, danno vita ad altri materiali con nuove proprietà. Come nel caso del nuovo dispositivo fotovoltaico, ottenuto, ha proseguito la ricercatrice, ''cristalli con particolari proprietà sono stati selezionati e assemblati in un'unica struttura tridimensionale, chiamata etero-struttura. Praticamente, abbiamo usato i cristalli come se fossero mattoncini Lego, impilandoli uno sull'altro''.

Il dispositivo è costituito da due cristalli di grafene e da un cristallo sottile di disolfuro di tungsteno. A quest'ultimo è affidato il compito di catturare la luce del sole, il grafene invece permette di separare le cariche elettriche, generando corrente. Inoltre, ha spiegato l’esperta, il grafene può essere 'dopato' molto facilmente, trattandolo chimicamente o per via elettrostatica. Questo permette di generare e controllare facilmente il campo elettrico della struttura e di separare le cariche, generando corrente.
La gran parte dei dispositivi fotovoltaici è basata sull’uso del silicio. Tuttavia, tale materiale, ha rilevato Casiraghi, non è un buon assorbitore di luce. Per tale motivo, ha aggiunto, ''i dispositivi sono spessi e, come tali, molto costosi e pesanti. In aggiunta il silicio è molto fragile, quindi non permette di fabbricare dispositivi fotovoltaici flessibili, che, per esempio, possono essere incorporati in elementi strutturali (finestre o muri), nei materiali per l’imballaggio e nei tessuti''. Al contrario, i cristalli bidimensionali non sono costosi, possono essere facilmente prodotti e sono compatibili con qualsiasi substrato, come la plastica. La possibilità di avere dispositivi fotovoltaici flessibili e non costosi, ha sottolineato Casiraghi, ''potrebbe radicalmente cambiare la diffusione di tali dispositivi''.

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