Celle solari prodotte dalla stampante

Le celle solari prodotte dalla stampante

Stampare celle fotovoltaiche diventa una realtà. La promessa di bassi costi è stata mantenuta. È il fotovoltaico di terza generazione, l’erede di quella basata sul silicio (la prima) e sul film sottile (la seconda). Presto tutti potranno stampare le loro celle con una stampante tradizionale. Le tecnologie sono cambiate e stanno a loro volta cambiando il mondo. Qualche anno fa si cominciò a parlare di fotovoltaico ai frutti di bosco, così chiamato perché la conversione fotovoltaica avviene attraverso un pigmento (detto dye) presente in mirtilli, more e lamponi (antocianina) che consente di replicare la fotosintesi clorofilliana delle piante, catturando i fotoni della luce del sole e convertendoli in corrente elettrica.

Sono le celle DSSC (dye-sensitized solar cell) e furono scoperte nel 1991 da Michael Graeztel, scienziato tedesco e professore presso l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), dove dirige il Laboratory of Photonics and Interfaces (http://lpi.epfl.ch/). Ma il fotovoltaico di terza generazione comprende anche il fotovoltaico a concentrazione (grandi promesse e alti costi) e il fotovoltaico organico, basato su atomi di carbonio e contraddistinto da numerose declinazioni in merito al materiale utilizzato, come ad esempio i nanotubi.

La nascita di solar print

Le proprietà dei nanotubi di carbonio sono miracolose. Sono materiali resistenti e duri, possono assumere comportamento metallico o semiconduttore a seconda delle caratteristiche strutturali, hanno elevata sensibilità ai campi elettrici, elevata conduttività, alto assorbimento di gas, capillarità, e quindi numerose possibili applicazioni.
Una delle più recenti, a cui lavorano i ricercatori del Centro di nanotecnologie e materiali molecolari della Wake Forets University, nella Carolina del Nord (USA), ha il nome di Power Felt. È un dispositivo composto da nanotubi racchiusi in fibre di plastica flessibile, che al tatto assomigliano a stoffa, e che sfruttano le differenze di temperatura tra il corpo e l’ambiente esterno, dando vita al movimento delle cariche elettriche.

Le applicazioni delle celle organiche però non si fermano qui: tensostrutture come tettoie per parcheggi o stadi, alimentazione per dispositivi come smartphone e smartwatch (che potrebbero auto-ricaricarsi in modo continuativo), oppure abitazioni sostenibili dal design sofisticato (grazie a celle colorate come elementi grafici di arredo), sistemi di sorveglianza (che potrebbero rinunciare a cavi di alimentazione), indumenti medici per monitorare i parametri vitali senza l’uso di fili, packaging dinamici per l’industria alimentare (modificabili in tempo reale), etichette intelligenti controllate a distanza nei supermercati, giornali che integrano una cella solare organica per alimentare le loro componenti multimediali, come video e animazioni, oppure etichette intelligenti, brochure pubblicitarie con immagini e filmati, smartphone, tablet e pc con display flessibili e trasparenti. L’energia di cui abbiamo bisogno è tutta intorno a noi.

In Italia ci sono veri e propri poli di eccellenza che si dedicano a queste nuove tecnologie: come Solar Print di Marco Carvelli e CHOSE, Polo Solare Organico della Regione Lazio, del cui direttivo fa parte Angelo Spena dell’Università di Roma. Marco Carvelli è un giovane fisico italiano (classe 1983). Ha studiato al Politecnico di Milano, dove si è specializzato in nano-ottica e fotonica, poco prima di trasferirsi a Eindhoven, in Olanda, per conseguire un dottorato nei centri di ricerca Philips. In Olanda, Carvelli si è occupato principalmente di OLED (Organic Light Emitting Diode), diodi organici a emissione di luce. L’esatto contrario del fotovoltaico, che emette elettricità grazie all’assorbimento di fotoni. Proprio del fotovoltaico Marco Carvelli sarebbe diventato pioniere, con il progetto Solar Print, che nasce dalla collaborazione tra l’azienda Omet di Lecco (http://omet. conilit/), specializzata in macchine rotative, e l’istituto Italiano di Tecnologia (IIT, http://www.iit.it/), specializzato in know-how tecnologico.

Il progetto Solar Print è in piedi da tre anni e mezzo e ha già raggiunto la fase dell’industrializzazione. Il prossimo passo è la commercializzazione e con questo obiettivo nascerà la start-up Ribes Technologies, costituita da Omet e da ricercatori dell’IIT, che saranno soci e/o dipendenti. Il team di Solar Print stampa le celle solari (e anche i moduli; che sono insiemi di celle) utilizzando macchine industriali rotative, come le comuni macchine per la stampa dei quotidiani, e ulteriori macchine con tecniche di stampa alternative, ma comunque industrializzate. I materiali utilizzati sono commerciali e le rotative utilizzano il PET (polietilene tareftalato), come quello pèr le etichette di contenitori e bottiglie, più sottile ma analogo. Le stesse macchine sono state in parte modificate per stampare particolari inchiostri con applicazioni non solo estetiche ma anche funzionali. La tecnologia della cella è organica, tecnicamente Intik heterojunction con polimeri come materiali attivi. Si tratta di un tipo di cella solare flessibile costituita da polimeri —grandi molecole con unità strutturali ripetute — che consentono l’effetto fotovoltaico in assenza di silicio (storicamente il semiconduttore principe dell’industria elettronica e delle celle solari).

Solar print: come valutarne le potenzialità

Per valutare correttamente una tecnologia occorre comprenderne però i tre principali indicatori, che nel caso di Solar Print sono questi:

  • efficienza: ourdoor, cioè all’esterno, è pari a un terzo dell’efficienza di un pannello di silicio, e cioè 5% contro 15%, mentre indoor, all’interno — in uffici e locali dove la luce viene diffusa da elementi artificiali come lampadine — la tecnologia Solar Print e i pannelli al silicio si equivalgono, circa 3%;
  • costo: da definire in prospettiva, perché la fase commerciale deve essere ancora avviata, è comunque in proiezione competitivo con le batterie applicate per esempio ai sensori, che la cella Solar Piint permetterebbe di sostituire;
  • durata di vita: da riferimenti di letteratura scientifica è stimabile a 5 anni, ma sarà misurata in concreto sulle prime realizzazioni, che risalgono a un anno fa e per ora sono perfettamente funzionanti. I dispositivi coinvolti, anziché utilizzare batterie, sarebbero provvisti di celle solari organiche per acquisire luce artificiale (ad esempio da lampadine) e convertirla in energia elettrica per autoalimentarsi.

Un’applicazione particolarmente interessante si chiama iBeacon ed è promossa da Apple. Consente di tracciare gli smartphone in ambienti chiusi, ad esempio in un supermercato, per informare e suggerire eventuali azioni concrete agli utenti — disporre della lista della spesa e ricevere notifiche sui prodotti in offerta e su prodotti convenienti che si abbinano a prodotti già acquistati. Il sistema si basa sulla triangolazione di un segnale Bluetooth e codici appositi che consentono il flusso informativo.

L’alimentazione di questi dispositivi potrebbe avvenire mediante celle solari organiche sensibili alla luce artificiale anziché costose batterie. Proprio le celle prodotte da Marco Carvelli con il suo team. Solar Print non è sola. Alcuni concorrenti, specie in Germania, Francia e UK, hanno fondato start-up a partire da compagini universitarie consolidate e hanno condotto test sui clienti per prepararsi ad aggredire il mercato; nessuna di queste formazioni aziendali ha un ruolo dominante e comunque il settore target è spesso differente, e cioè fotovoltaico integrato agli edifici (BIPV, building integrated photovoltaics, come per le DSSC) anziché fotovoltaico indoor per alimentazione di dispositivi per l’Internet delle cose, che è il caso applicativo di Solar Print. Il prossimo passo è la commercializzazione.

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