Moduli a film sottile colorati: come si ottengono
I pannelli solari stanno dimostrando il loro valore nella produzione di energia sostenibile e nell’ottica dell’autoconsumo, ma c’è un crescente desiderio di armonizzare l’efficienza energetica con l’estetica degli edifici. Questo è il bisogno a cui cerca di porre rimedio la ricerca in merito ai pannelli solari colorati. Si tratta di moduli a film sottile colorati che, oltre a catturare l’energia solare, si integrano al meglio con l’ambiente circostante donando agli edifici un’estetica apprezzabile.
Ne sono un esempio i pannelli solari col rosso mattone da posizionare sui tetti delle abitazioni: i moduli, dello stesso colore delle tegole che siamo tradizionalmente abituati a vedere sui tetti delle case, donano all’edificio un’estetica più gradevole e che si integra in maniera migliore con le costruzioni circostanti.
Ma come si ottengono i moduli a film sottile colorati? E, soprattutto, sono efficienti quanto i fotovoltaici tradizionali? In questo articolo rispondiamo proprio a queste domande.
Come si ottengono i pannelli fotovoltaici solari
Anche se suonano come una novità assoluta, i pannelli solari colorati sono già in commercio. Aziende come Kamelon e Sunovation hanno sviluppato pannelli in titanti unita (blu, nero, rosso, argento e oro) e stanno introducendo addirittura dei moduli decorati a fantasia (ad esempio, a fantasia militare). Come hanno ottenuto questo risultato?
La colorazione del pannello avviene grazie a un rivestimento che può essere di varia natura: antiriflesso a doppio strato, singolo, multistrato… Tutti questi processi per colorare i moduli fotovoltaici hanno però un limite molto importante: il rivestimento riflette parte dell’irraggiamento solare. Di conseguenza, il pannello solare perde efficienza e rendimento. Diversi rivestimenti determinano diverse perdite di efficienza, ma tutti presentano una perdita di potenza relativa che va dal 10% al 27%.
Per superare questo limite, un gruppo di ricercatori del Korea Institute of Materials Science ha proposto un nuovo modo di produrre moduli fotovoltaici a film sottile colorati senza l’impiego di rivestimenti e senza utilizzare tinte e inchiostri.
Moduli a film sottile colorati senza inchiostro
Il processo che prevede di ottenere moduli colorati senza l’aggiunta di pigmento o rivestimento esterno è stato applicato ai moduli a film sottile. Occorre pertanto chiarire, prima passare alla discussione sulla colorazione, cosa sono i moduli a film sottile.
Cosa sono i moduli a film sottile
I pannelli solari tradizionali sono realizzati principalmente con celle solari di silicio cristallino. I pannelli a film sottile, invece, utilizzano sottili strati di materiali semiconduttori. Gli strati di materiali sono sottilissimi: appena pochi micrometri di spessore. I materiali più utilizzati per la realizzazione dei moduli a film sottile sono il silicio amorfo, il tellururo di cadmio, e il rame-indio-selenio.
Rispetto ai pannelli tradizionali, la tecnologia dei moduli a film sottile presentano importanti vantaggi: sono più sottile e quindi più leggeri, hanno un design più flessibile (i pannelli possono essere realizzati in diverse forme e dimensioni) e hanno costi di produzione più bassi.
Moduli a film sottile colorati
La rivoluzione proposta dal team Sud Coreano si focalizza su due costituenti fondamentali dei moduli fotovoltaici: gli elettrodi conduttori trasparenti e il riflettore di Bragg.
Gli elettrodi conduttori trasparenti, all’interno della cella solare, hanno una doppia funzione.
- Sono il contatto elettrico della cella. Sono coinvolti, cioè, nella raccolta e nel trasporto delle cariche elettriche generate dalla luce solare.
- Costituiscono uno stato antiriflesso che massimizza l’assorbimento dei fotoni. Sono, quindi, trasparenti alla luce visibile in modo che i raggi luminosi raggiungano il materiale semiconduttore all’interno della cella solare.
Il riflettore di Bragg è l’elemento innovativo che il team ha introdotto per rendere colorati i pannelli. Come abbiamo visto, è importante che gli elettrodi conduttori siano trasparenti, per non impedire ai fotoni di raggiungere il materiale semiconduttore. In questo caso, il team del Korea Institute of Materials Science ha proposto una struttura riflettente che svolge la stessa funzione dell’elettrodo trasparente (raccolta e trasporto delle cariche elettriche) ma che è in grado di riflettere uno dei tre colori primari della luce. Così, questa struttura riesce a conferire ai pannelli dei colori vividi, senza utilizzare pigmento, ma utilizzando la riflessione e la scomposizione della luce.
Il riflettore di Bragg sviluppato dal team Sud Coreano, più in particolare, è una sottile pellicola multistrato composta da due materiali: AZO (azoto drogato con zinco) e AZO:H (AZO idrogenato). Non si tratta di un rivestimento esterno, ma – lo specifichiamo – di una pellicola che funge da elettrodo conduttore all’interno della cella solare. Questa tecnologia non è quindi da confondere con i rivestimenti colorati che abbiamo nominato precedentemente. I risultati in termini di efficienza dimostrati dai prototipi confermano questa differenza.
Quanto sono efficienti i moduli a film sottile colorati senza inchiostri?
Nella pubblicazione che descrive la loro ricerca, il team Sud Coreano ha specificato le informazioni riguardanti l’efficienza dei pannelli solari colorati realizzati con la tecnica senza inchiostro. Il team ha realizzato pannelli blu, rossi e verdi e i migliori risultati di rendimento sono stati ottenuti con i pannelli verdi. Questi ultimi hanno raggiunto un’efficienza di conversione energetica del 5,45%.
Per quanto riguarda le potenze, la pubblicazione riporta i seguenti dati:
- pannelli blu: 1,14 watt per grammo;
- pannelli verdi: 1,29 watt per grammo;
- pannelli rossi: 1,22 watt per grammo.
I pannelli a film sottile colorati con il metodo senza inchiostro sono solo dei prototipi e non sono ancora in commercio. Per questo è ancora difficile confrontare le potenze nominali dei prototipi colorati con quelle dei pannelli solari tradizionali già in commercio. Ma la ricerca è promettente anche e soprattutto perché la tecnica descritta consente di ottenere pannelli colorati a basso costo.
Conclusioni
L’integrazione dei pannelli solari nell’ambiente sta diventando una priorità crescente nella ricerca in ambito dell’energia sostenibile. L’evoluzione dei moduli a film sottile non sta solo fornendo al mercato pannelli solari più efficienti a un costo (relativamente) basso ma sta anche permettendo di ottenere moduli fotovoltaici colorati ma comunque efficienti.
La ricerca del Korea Institute for Material Science sembra promettente: la tecnica che non prevede l’uso di inchiostri né di rivestimenti esterni promette di coniugare l’efficienza energetica con l’estetica desiderata dal mercato attuale. Sembra proprio che in futuro l’energia solare possa essere integrata in modo più creativo nei progetti architettonici ai quali vengono applicati.
