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LE CELLE SOLARI POLIMERICHE


1) LE CELLE POLIMERICHE

Le celle fotovoltaiche polimeriche sono un tipo di celle solari flessibili. Possono essere realizzate in vari modi, che includono le particolarmente note celle organiche (chiamate anche "celle solari plastiche"), le quali sono basate sulla chimica "organica", cioè del carbonio.
Ma esistono anche tipi di celle polimeriche diverse da queste, e che sono realizzate attraverso film sottili di semiconduttori depositati su differenti tipi di polimeri: in particolare, le cosiddette celle ibride abbinano i semiconduttori organici con quelli inorganici. Si tratta di tecnologie relativamente nuove, su cui nel mondo stanno facendo ricerca università, laboratori nazionali e numerose aziende. Rispetto alle classiche celle al silicio, le celle polimeriche sono leggere, flessibili, utilizzano materiali abbondanti e non sono costose da fabbricare. Presentano, però, svantaggi piuttosto seri: hanno da 1/3 a 1/2 dell'efficienza delle celle tradizionali realizzate con materiali rigidi e sono relativamente instabili per quanto riguarda la degradazione fotochimica.






2) L'EVOLUZIONE DELLE CELLE POLIMERICHE 

L'attenzione dei ricercatori a caccia di alternative alle celle solari tradizionali si è da tempo focalizzata sulle celle polimeriche, o "plastiche", sviluppate fin dagli anni Settanta, quando sono emersi i polimeri conduttori. Tuttavia, le proprietà elettriche e ottiche di tali polimeri non erano comparabili con quelle dei classici materiali semiconduttori cristallini usati nelle comuni celle al silicio, perciò inizialmente le prestazioni sono state molto scarse, specie riguardo l'efficienza. Fortunatamente, in seguito sono stati prodotti una varietà di nanomateriali
- materiali che hanno almeno una dimensione misurata sulla nanoscala, o 10-9 metri - che hanno permesso significativi miglioramenti nelle celle polimeriche. Così, oggi l'interesse degli scienziati va soprattutto alle celle polimeriche organiche - cioè basate sul carbonio - e, in particolare, agli approcci ibridi, in cui dei nanomateriali semiconduttori fotoattivi inorganici vengono introdotti in celle FV basate su una sottile pellicola polimerica organica che fa da matrice.





3) LA RIVOLUZIONE DEI NANOMATERIALI

Le celle solari polimeriche attuali rappresentano un esempio concreto di applicazione delle nanotecnologie - o, più appropriatamente, di nanomateriali sintetici - per migliorare un dispositivo: in questo caso, una cella fotovoltaica. Molti dei nanomateriali che si stanno studiando per un utilizzo nelle celle solari polimeriche svolgono, di fatto, più ruoli. Nelle celle polimeriche non-ibride, i nanomateriali usati permettono di assorbire una più larga porzione dello spettro solare, ma possono essere utilizzati anche per liberare e trasportare i portatori di carica elettrica creati dall'assorbimento della luce da parte del polimero. Nelle celle polimeriche ibride (cioè che utilizzano sia semiconduttori "organici", ovvero basati sul carbonio, sia normali semiconduttori inorganici), i ricercatori usano nanoparticelle (cioè particelle grandi appena 1-100 x 10-9 metri), "nanotubi" o altre forme di strutture molecolari al carbonio per cercare di migliorare l'efficienza e di superare gli altri svantaggi associati alle celle polimeriche base.








4) LE CELLE ORGANICHE

Le celle fotovoltaiche organiche sono celle solari che utilizzano polimeri organici (cioè lunghe molecole basate sul carbonio) oppure piccole molecole organiche al posto dei semiconduttori inorganici, per l'assorbimento della luce ed il trasporto della carica. Ciò permette di combinare la caratteristica flessibilità delle molecole organiche con un substrato altrettanto flessibile quale la plastica, che ha bassi costi di produzione. Il coefficiente di assorbimento di luce delle molecole organiche risulta elevato, perciò una grande quantità di luce può essere assorbita con una piccola quantità di materiale. Ciò consente un abbattimento dei costi, senza però aumento di efficienza. Gli svantaggi delle celle organiche sono, in effetti, costituiti proprio dalla bassa efficienza (circa il 3-6%), ma anche dalla bassa stabilità (per quanto riguarda ossidazione, riduzione, ricristallizzazione e variazioni di temperatura, che possono degradare il dispositivo nel tempo) e dalla bassa robustezza rispetto alle celle inorganiche. 





5) LE CELLE SOLARI IBRIDE

Le celle ibride sono dunque il principale tipo di celle solari organiche su cui oggi si fa ricerca, e combinano i vantaggi degli innovativi semiconduttori organici con quelli dei classici semiconduttori inorganici. Nelle celle solari tradizionali, cioè quelle al silicio cristallino, si usano due strati di semiconduttori, uno con eccesso di elettroni (strato n) e uno con eccesso di "lacune" (strato p): quando gli elettroni della cella assorbono un fotone di luce, si genera una coppia "lacuna-elettrone" che induce un flusso di corrente. Il fotovoltaico ibrido - ad es. del tipo "polimero-nanoparticelle" - utilizza,
al posto della "giunzione p-n" fra gli strati p ed n, una giunzione fra uno strato di polimeri organici e uno strato di materiali inorganici per assorbire la luce e per trasportare gli elettroni, e dunque la corrente. La giunzione viene creata assemblando su una matrice polimerica delle nanoparticelle di semiconduttore inorganico, secondo una geometria che massimizza l'efficienza del dispositivo, attualmente intorno ad appena il 2-3%.









INDICE


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 GLI 8 PASSI PER UN IMPIANTO "CHIAVI IN MANO"

 IMPIANTI RESIDENZIALI: (1) FOTOVOLTAICI - (2) EOLICI

 ESEMPIO DI IMPIANTO FOTOVOLTAICO PER PICCOLA IMPRESA

 ESEMPIO DI IMPIANTO FOTOVOLTAICO INDUSTRIALE

 ES. DI GRANDI IMPIANTI INDUSTRIALI (EOLICO E SOLARE TERMODINAMICO)

 LE 20 RAGIONI DEL "BOOM" DEL FOTOVOLTAICO

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 TERRENI CANTIERABILI IN AFFITTO: UN NUOVO BUSINESS

 UN IMPIANTO SOLARE TERMICO COMBINATO

 LA "CASA ECOLOGICA" E IL RISPARMIO ENERGETICO

 RIVOLUZIONE FOTOVOLTAICA - IL FOTOVOLTAICO DI TERZA GENERAZIONE

 RIVOLUZIONE FOTOVOLTAICA - LE PELLICOLE E LE VERNICI FOTOVOLTAICHE

 CELLE SOLARI - I PRINCIPALI TIPI DI CELLE FOTOVOLTAICHE RIGIDE

 CELLE SOLARI - CELLE POLIMERICHE, ORGANICHE, IBRIDE, A PIGMENTI 

 CELLE SOLARI - LA RIVOLUZIONE NANOTECNOLOGICA ED I NANOMATERIALI

 PANNELLI FOTOVOLTAICI - I PRINCIPALI TIPI DI PANNELLI SUL MERCATO

 PANNELLI FOTOVOLTAICI - I PANNELLI CINESI SONO UNA BUONA SCELTA?

 CONCENTRATORI FOTOVOLTAICI - I VARI TIPI DI CONCENTRATORI 

 CONCENTRATORI FOTOVOLTAICI - I SISTEMI A BASSA CONCENTRAZIONE

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