Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato celle solari in tessuto ultraleggero che possono trasformare rapidamente e facilmente qualsiasi superficie in una fonte di energia.

Queste celle solari durevoli e flessibili, molto più sottili di un capello umano. Sono incollate su un tessuto resistente e leggero, che le rende facili da installare su una superficie fissa.
Possono fornire energia in movimento come tessuto energetico indossabile o essere trasportati e dispiegati rapidamente in località remote per l’assistenza in caso di emergenza.
Sono un centesimo del peso dei pannelli solari convenzionali, generano 18 volte più potenza per chilogrammo e sono realizzati con inchiostri semiconduttori.

Sono realizzate utilizzando processi di stampa che possono essere scalati in futuro per la produzione di grandi aree.

Poiché sono così sottili e leggere, queste celle solari possono essere laminate su molte superfici diverse. Ad esempio, potrebbero essere integrati sulle vele di una barca per fornire energia in mare. In alternativa applicati su tende e teloni utilizzati nelle operazioni di ripristino di emergenza o applicati sulle ali dei droni per estendere il loro raggio di volo. Questa tecnologia solare leggera può essere facilmente integrata in ambienti edificati con esigenze di installazione minime.

 

Solare snellito

Le tradizionali celle solari al silicio sono fragili. Quindi devono essere racchiuse in vetro e confezionate in un telaio di alluminio pesante e spesso, che limita dove e come possono essere dispiegate.

Sei anni fa, il team di ONE Lab ha prodotto celle solari utilizzando una classe emergente di materiali a film sottile così leggeri da poter essere posizionati sopra una bolla di sapone. Ma queste celle solari ultrasottili sono state fabbricate utilizzando processi complessi basati sul vuoto, che possono essere costosi e difficili da scalare.

In questo lavoro, hanno deciso di sviluppare celle solari a film sottile interamente stampabili, utilizzando materiali a base di inchiostro e tecniche di fabbricazione scalabili.

Per produrre le celle solari, usano nanomateriali sotto forma di inchiostri elettronici stampabili. Lavorando nella camera bianca del MIT.nano, rivestono la struttura della cella solare utilizzando un rivestimento a slot-die, che deposita strati di materiali elettronici su un substrato preparato e rilasciabile che ha uno spessore di soli 3 micron. Usando la serigrafia un elettrodo viene depositato sulla struttura per completare il modulo solare. La serigrafia è una tecnica simile a come i disegni vengono aggiunti alle magliette serigrafate.

I ricercatori possono quindi staccare il modulo stampato, che ha uno spessore di circa 15 micron, dal substrato di plastica, formando un dispositivo solare ultraleggero.

 

Supporto in tessuto

Ma moduli solari così sottili e autoportanti sono difficili da maneggiare e possono facilmente strapparsi, il che li renderebbe difficili da installare. Per risolvere questa sfida, il team del MIT ha cercato un substrato leggero, flessibile e ad alta resistenza a cui far aderire le celle solari. Hanno identificato i tessuti come la soluzione ottimale, in quanto forniscono resilienza meccanica e flessibilità con poco peso aggiunto.

Hanno trovato un materiale ideale: un tessuto composito che pesa solo 13 grammi per metro quadrato, commercialmente noto come Dyneema. Questo tessuto è realizzato con fibre così resistenti da essere utilizzate come funi per sollevare dal fondo del Mar Mediterraneo la nave da crociera affondata Costa Concordia. Aggiungendo uno strato di colla induribile ai raggi UV, spesso solo pochi micron, fanno aderire i moduli solari ai fogli di questo tessuto. Questo forma una struttura solare ultraleggera e meccanicamente robusta.

 

Superando le celle solari convenzionali

Quando hanno testato il dispositivo, i ricercatori del MIT hanno scoperto che potrebbe generare 730 watt di potenza per chilogrammo. Quando è indipendente e circa 370 watt per chilogrammo se distribuito sul tessuto Dyneema ad alta resistenza, che è circa 18 volte più potenza per chilogrammo. rispetto alle celle solari convenzionali.

“Una tipica installazione solare sul tetto in Massachusetts è di circa 8.000 watt. Per generare la stessa quantità di energia, il nostro fotovoltaico in tessuto aggiungerebbe solo circa 20 chilogrammi (44 libbre) al tetto di una casa”, afferma uno dei ricercatori del MIT.

Hanno anche testato la durata dei loro dispositivi. Cosa hanno scoperto? Anche dopo aver arrotolato e srotolato un pannello solare in tessuto più di 500 volte, le celle conservavano ancora più del 90 percento delle loro capacità iniziali di generazione di energia.

Sebbene le loro celle solari siano molto più leggere e molto più flessibili delle celle tradizionali, dovrebbero essere racchiuse in un altro materiale per proteggerle dall’ambiente. Il materiale organico, a base di carbonio, utilizzato per realizzare le celle potrebbe essere modificato interagendo con l’umidità e l’ossigeno nell’aria, il che potrebbe deteriorarne le prestazioni.

“Racchiudere queste celle solari in vetro pesante, come è standard con le tradizionali celle solari al silicio, ridurrebbe al minimo il valore dell’attuale progresso. Quindi il team sta attualmente sviluppando soluzioni di imballaggio ultrasottili che aumenterebbero solo in minima parte il peso degli attuali dispositivi ultraleggeri, ” dice Jeremiah Mwaura, un ricercatore del MIT Research Laboratory of Electronics.

“Stiamo lavorando per rimuovere la maggior quantità possibile di materiale non solare attivo, pur mantenendo il fattore di forma e le prestazioni di queste strutture solari ultraleggere e flessibili. Ad esempio, sappiamo che il processo di produzione può essere ulteriormente semplificato stampando il materiale rilasciabile substrati, equivalente al processo che utilizziamo per fabbricare gli altri strati nel nostro dispositivo. Ciò accelererebbe la traduzione di questa tecnologia sul mercato”, aggiunge.

Questa ricerca è finanziata, in parte, dal MIT Energy Initiative, dalla US National Science Foundation e dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.

Credits immagine: Melanie Gonick, MIT