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Il Fotovoltaico si rinnova: I pannelli fotovoltaici organici

21 aprile 2009 04:52

Il 6 Febbraio 2009, presso i Laboratori di Ricerca e Sviluppo Tecnologico del Polo Solare Organico della Regione Lazio (CHOSE TT Lab), situati all’interno del Tecnopolo Tiburtino dell’Università Tor Vergata di Roma, è ufficialmente iniziata la fase di industrializzazione dei pannelli fotovoltaici organici, oggetto di studi del centro di ricerca.

All’evento erano presenti l’assessore laziale all’Ambiente e Cooperazione tra i Popoli, Filiberto Zaratti, il Rettore di Tor Vergata, Renato Lauro, il direttore del Dipartimento di Ingegneria Elettronica di Tor Vergata, Franco Giannini, e il co-direttore del Polo Solare Organico – Regione Lazio, Aldo Di Carlo.

Cos’è il Polo Solare Organico.
Il Polo Solare Organico della Regione Lazio, denominato anche CHOSE da Center for Hybrid and Organic Solar Energy è nato 2 anni fa con un finanziamento della Regione Lazio all’Università di Roma  “Tor Vergata” per lo sviluppo delle celle solari di nuova generazione basate su materiali organici e il successivo trasferimento tecnologico verso le aziende interessate a produrre su larga scale queste nuove celle. Con i nuovi laboratori, distribuiti su 600 mq all’interno del Tecnopolo Tiburtino si segna il primo passo del gruppo di ricerca “CHOSE”(Center for Hybrid and Organic Solar Energy) verso il mondo delle imprese.

I Laboratori, che ospitano una linea pilota per la produzione delle celle solari organiche, sono il frutto della collaborazione tra l’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” e la Regione Lazio. Tra gli obiettivi del gruppo di ricerca: lo sviluppo di un processo tecnologico per le celle organiche/ibride, la definizione di un processo di industrializzazione del fotovoltaico organico, e il trasferimento tecnologico verso le PMI.

Di cosa si occupa.
Il Polo Solare Organico della Regione Lazio costituisce uno dei tre punti d’eccellenza a livello mondiale, assieme al Giappone e alla Germania, per quanto riguarda la ricerca sulle nuove celle solari fotovoltaiche organiche.

Si tratta di una nuova tipologia di celle, caratterizzate da una struttura detta “a sandwich”, composta da un substrato, generalmente vetro ma anche plastica flessibile, e da una o più sottilissime pellicole basate sui composti organici del carbonio, sensibili alla luce, frapposte tra due elettrodi conduttivi.

La gamma di celle solari organiche è ampia e si trova in diversi stadi di ricerca e di maturazione tecnologica: le DCS – celle “dye sensitized” – costituite da un colorante organico, ossido di titanio e un elettrolita, che hanno ormai raggiunto efficienze di conversione del 10 -12%, alle ibride organico/inorganico e ibride biologico. Le celle fotovoltaiche completamente polimeriche, invece, sono recentemente arrivate al 4/5 per cento di efficienza massima.

Il principio di funzionamento delle celle DSC è basato sull’eccitazione della molecola di colorante (dye) da parte della luce solare. La carica elettrica prodotta dall’eccitazione viene ceduta al semiconduttore inorganico (un film nanostrutturato di diossido di Titanio, TiO2), che possiede gli opportuni livelli energetici per estrarre efficacemente la carica dal dye, e trasportarla all’elettrodo negativo, realizzato con film di ossidi metallici conduttivi e trasparenti. La trasparenza è importante perché la luce solare deve poter raggiungere l’interno della cella.

La molecola di colorante riceve gli elettroni grazie ad un processo elettrochimico di ossido-riduzione  attraverso l’elettrolita con cui è composta la cella. A sua volta l’elettrolita viene rigenerato recuperando l’elettrone perso attraverso il controelettrodo, ricoperto di un  materiale catalizzatore (ad esempio grafite). Tale controelettrodo è il terminale positivo della cella fotovoltaica. Poiché nel processo descritto non avviene nessuna trasformazione chimica permanente negli elementi che compongono la cella, questa trasforma con continuità la luce solare in corrente elettrica, una volta che i due elettrodi sono collegati ad un carico.

Le DSC permettono un agevole passaggio dalla cella al modulo. E’ possibile creare connessioni serie o parallelo tra le celle nel modulo stesso senza alcuna connessione esterna. La realizzazione dei moduli è essenziale perché questi possono poi essere assemblati insieme per la realizzazione di un pannello fotovoltaico completo, in grado di erogare corrente elettrica alla giusta tensione (per esempio per ricaricare una batteria di automobile).

Essendo i materiali impiegati di basso costo e i metodi di fabbricazione molto semplici, l’industrializzazione del fotovoltaico organico permetterà una notevole riduzione dei costi. Inoltre, le celle realizzate possono essere trasparenti e colorate e si prestano ottimamente per l’integrazione architettonica.

Ora il Polo si prepara al secondo passo: creare una partnership con le imprese per arrivare all’industrializzazione del prodotto. C’è già una prima impresa,  la Dyesol Italia, costola della Dyesol australiana leader nel settore dei coloranti e dei nuovi materiali, appositamente costituita per avviare iniziative concrete nel nostro paese. Una seconda iniziativa è stata intrapresa con la firma di un accordo quadro tra ERG Renew S.p.A. (gruppo ERG), Permasteelisa S.p.A., Dyesol Italia, Università di Roma “Tor Vergata”, Università di Ferrara e Università di Torino per la realizzazione di un consorzio per lo sviluppo delle facciate fotovoltaiche in vetro. (Building Integrated Photovoltaics, BIPV).
La fase di ingegnerizzazione del prodotto sarà supportata dallo Spin-off Universitario DYERS, nato dall’esperienza dei ricercatori del Polo Solare Organico.

Le tante iniziative del Polo.
Per creare una cultura tecnologica diffusa sul fotovoltaico e preparare “capitale umano” per le imprese, l’Università di Tor Vergata attraverso il Polo Solare Organico ha istituito un Master Internazionale (MIF – Master in Ingegneria del Fotovoltaico – http://www.masterpv.org/ ) e svolge annualmente presso l’isola di Ventotene una Scuola Estiva (ISOPHOS – International School on Organic Photovoltaics – http://www.chose.uniroma2.it/ISOPHOS2008/ ) dove docenti e studenti di diverse nazioni discutono per diversi giorni le novità e gli sviluppi della tecnologia fotovoltaica organica.  Le attività di divulgazione della cultura fotovoltaica non si limitano agli ambienti scientifici ma contemplano anche azioni mirate verso le scuole medie, elementari e superiori. Vengono infatti svolte delle attività di laboratorio, inserite in un contesto divulgativo, nelle quali gli studenti realizzano con le proprie mani delle celle fotovoltaiche DSC.

L’attività del gruppo CHOSE è coordinata nei suoi rapporti con l’esterno dall’Associazione FREEnergy (http://www.freenergynet.org/), nata dall’esperienze del gruppo e che oggi, oltre a coordinare l’attività di formazione ed informazione del Polo, si mette a disposizione di ricercatori a sostegno del trasferimento tecnologico dalla ricerca all’industria.

Prof. Aldo Di Carlo
co-direttore Polo Solare Organico della Regione Lazio

Ing. Monica Coppola
Relazioni Esterne Polo Solare Organico e Ass. FREEnergy

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