PANNELLI SOLARI IN GRAFITE

PANNELLI SOLARI IN GRAFITE

13 Giugno 2019 Off Di nestor

Con la comparsa  del grafene, sono  comparsi anche  pannelli solari in grafene , più resistenti e più efficienti

Cos’è il grafene?

Il  grafene  è un materiale di grafite che si forma quando le particelle di carbonio sono raggruppate in un foglio densamente esagonale.

Il  grafene  è anche il materiale più forte disponibile. È stato confermato dagli scienziati della Columbia University e pubblicando i risultati sulla rivista Science.

 

Celle solari grafene per aumentare la capacità conduttiva

 

Un argomento di ricerca del dipartimento di scienza e tecnologia di materiali innovativi della Technological University of Michigan sta studiando le caratteristiche di un nuovo materiale con cui costruire nuove celle solari più efficienti. 

Questo è il grafene che potrebbe  aumentare la conduttività di ogni singolo pannello del 52%  rispetto a quello attuale.

la ricerca è stata presentata nell’articolo accademico “Promozione dell’effetto del grafene sulle cellule solari sensibilizzate dalla tintura”.

Cos’è il grafene?

Il  grafene  è un materiale che è caratterizzato principalmente dalla sua  durezza  paragonabile al diamante ed è composto da uno  strato monoatomico di atomi di carbonio  , il che significa che ha uno spessore pari a un singolo atomo.

Come si ottiene il grafene?

Il  grafene  è ottenuto per  sintesi chimica  in laboratorio da un materiale naturale primario,  grafite  o un minerale che rappresenta uno degli stati allotropici carbonio. 

La  conformazione  del  grafene  è solitamente formata da  cellule esagonali  , come suggerisce anche la fine del suo nome, e, in presenza di imperfezioni, le cellule possono avere altre forme, come un pentagono o un ettagono.

Il  grafene  ha alcune  eccellenti qualità dei semiconduttori  e nel 2012 è stato  integrato nel transistor di  IBM  .

 

 

(Struttura interna di una molecola di grafene)

L’uso del  grafene  nelle tecnologie fotovoltaiche dovrebbe essere strettamente considerato con  moduli a film sottile e silicio  . 

Quando un  modulo solare a film sottile  viene trattato  con colorante al biossido di titanio  , ha la caratteristica di essere il  semiconduttore  del sistema che attiva l’effetto fotovoltaico. 

La ricerca ha dimostrato che  con l’aggiunta di grafene al diossido, la capacità conduttiva aumenta, aumentando fino al 52,4%  .

Yun Hang Hu  , professore e leader del gruppo di ricerca, spiega: ”  L’eccellente conduttività elettrica dei fogli di grafene consente loro di agire come ponti, accelerando il trasferimento di elettroni dal biossido di titanio al fotoelettrodo  “.

La  tecnica per la produzione  di questo particolare composto è stata sviluppata dal team e, in linea di principio, non sembra eccessivamente difficile da comprendere ma soprattutto da implementare. Si tratta di  creare fogli di biossido di titanio integrati con grafene  . La prima operazione consiste nel ridurre la polvere di ossido di grafite che deve essere miscelata con biossido di titanio per formare una pasta omogenea. Infine, la pasta deve essere distribuita su un substrato, che può anche essere semplice vetro e cotto a temperature elevate.

Anche dalle dichiarazioni di  Yun Hang Hu  : ”  È economico e molto facile da preparare, se viene utilizzato troppo grafene, assorbirà la luce dalla cella solare e ne ridurrà l’efficienza  “. In realtà, questo è il  rischio  , che è la necessità del gruppo di ricerca di trovare le  giuste proporzioni tra i due materiali  , in modo che anche le proprietà finali siano bilanciate.

La ricerca è stata condotta anche in parallelo da un altro gruppo presso l’Helmholtz-Zentrum Institute di Berlino per il fotovoltaico del silicio. In questo caso, i ricercatori hanno notato per la prima volta le  caratteristiche intrinseche del grafene  , cioè la  durezza  e la  trasparenza  .

Dopo alcuni test di laboratorio, il risultato è stato che  l’uso del grafene in un pannello fotovoltaico potrebbe renderlo praticamente perfetto  dal punto di vista della conversione dell’illuminazione e, di conseguenza, dell’efficienza energetica.

In questo caso, i ricercatori hanno riprodotto in laboratorio un  modulo fotovoltaico a film sottile basato su grafene ma con un substrato di rame  .

qui  due versioni diverse  che hanno visto questo film applicato alla tecnologia tradizionale del silicio, una prima con  una struttura amorfa  e una seconda con uno  strato di silicio policristallino  . Il risultato è stato che il  grafene ha mantenuto inalterate le sue proprietà  , nonostante il fatto che i moduli così composti fossero totalmente diversi.

Norbert Nickel  , uno dei ricercatori, spiega: ”  Il risultato è qualcosa che non ci aspettavamo di trovare, il che dimostra che il grafene è ancora grafene nonostante sia ricoperto di silicone.

Le misurazioni della mobilità vettoriale mostrano che la mobilità dei portatori di carica all’interno dello strato di grafene incorporato è circa 30 volte maggiore rispetto a quella dei tradizionali strati a base di ossido di zinco.  “

FOTOVOLTAICO: SISTEMI DI STOCCAGGIO GRAFICO

Il  grafene   , un materiale isolato per la prima volta dall’Università di Manchester nel 2004, ha la caratteristica di essere duro come il diamante e, allo stesso tempo, di essere considerevolmente più sottili e leggeri.

A livello chimico, è inerte e molto flessibile e ha la caratteristica di essere un eccellente guidatore. In sintesi, questo “materiale meraviglioso”, che è stato utilizzato per lungo tempo nelle applicazioni fotovoltaiche, è ora  un componente ideale per i sistemi di accumulatori  , che consentono di immagazzinare l’elettricità in eccesso prodotta da un impianto fotovoltaico e metterlo in rete se necessario.

 

(Il grafene è un materiale composto da atomi di carbonio, particolarmente resistente ma anche molto flessibile)

L’idea arriva direttamente dai suoi “scopritori”, un team di ricercatori dell’Università di Manchester, coinvolti nel progetto ”  Stoccaggio di energia elettrochimica con materiali con grafene  “. 

La ricerca (è bene dirlo immediatamente) è ancora agli inizi, perché, per il momento, si tratta di  verificarne la fattibilità  . La domanda a cui si deve rispondere per prima, in effetti, si riferisce alla compatibilità del grafene con gli altri materiali utilizzati nella costruzione di sistemi di stoccaggio.

 La ricerca del team è iniziata, quindi, dagli ioni di litio (che sono spesso prodotti dal materiale anodico all’interno delle batterie) e dall’analisi della velocità di trasmissione degli elettroni attraverso le nuove e possibili batterie al grafene.

 

(In questo momento, il team di Manchester sta verificando la possibilità di utilizzare il grafene nei sistemi di stoccaggio fotovoltaici)

Una volta verificata la redditività, i ricercatori inglesi dovranno anche affrontare i  costi  , non proprio alla portata di tutte le tasche, del grafene, anche legati alle temperature di lavorazione (circa 1400 gradi) e, infine, alla quantità di materiale da utilizzare . 

Ma una volta trovata una soluzione, l’obiettivo sarà estendere l’uso delle batterie ai  supercondensatori  . Questi particolari condensatori elettrici sono, infatti, in grado di accumulare piccole quantità di energia, rispetto a batterie e sistemi di stoccaggio più piccoli e più estesi, ma con una maggiore durata e potenza. 

Il mercato, quindi, (secondo il professor Andrew Forsyth, uno dei leader del progetto) sarebbe quello delle  auto elettriche. , che, in combinazione con le batterie di grafene, potrebbe dare la spinta decisiva che è stata ricercata per molto tempo.

 L’autonomia e la durata del carico, infatti, potrebbero estrarre dagli studi inglesi le caratteristiche necessarie affinché queste auto siano realmente competitive sul mercato.

 

(Il team di Manchester intende estendere l’uso del grafene dai normali sistemi di archiviazione ai supercondensatori)

Inoltre, l’Università di Manchester non è la prima a intraprendere questa strada. Già nel 2011, i ricercatori americani di  Nanotek Instruments  e  Angstrom Materials hanno   pubblicato sulla rivista scientifica Nano Letters i primi risultati di un’indagine che prevedeva l’uso di elettrodi di  grafene   per migliorare i sistemi di accumulo di energia dei veicoli elettrici, fonti di energia rinnovabile. e applicazioni smart grid. 

Anche in questo caso, gli studi hanno fatto riferimento all’interazione del grafene con gli ioni di litio, dimostrando che i primi sono in grado di catturare ioni di litio in modo rapido e reversibile.

Il fatto che i risultati americani siano già stati così promettenti è sicuramente un vantaggio per i nuovi studi dell’Università di Manchester.