Fotovoltaici Organici Cosa Sono e quanto rendono

Tipicamente, i moduli fotovoltaici cristallini sono prodotti utilizzando il silicio. Invece di questo materiale i pannelli fotovoltaici organici usano una cella solare “organica”,  ovvero fatta di materiali a base di carbonio ed elettronica organica per produrre elettricità dal sole. Questi materiali, come detto fatti base di carbonio, possono essere sintetizzati in laboratorio, a differenza dei materiali inorganici come il silicio che richiedono estese attività di estrazione e lavorazione. 

Si tratta di celle solari polimeriche. Nella loro struttura fisica, queste celle sono costituite da composti che sono tipicamente disciolti nell’inchiostro e stampati su plastica sottile, il che significa che i Pannelli solari fotovoltaici organici, in inglese OPV, possono essere flessibili e incorporati in più luoghi o strutture rispetto al fotovoltaico cristallino, un po’ come accade per i pannelli a film sottile.

Possono anche essere realizzati in una varietà di forme e dimensioni, rendendoli più versatili. Tuttavia, le celle solari organiche attualmente hanno tassi di efficienza inferiori e una durata di vita più breve rispetto alle celle solari tradizionali. Gli OPV attualmente hanno livelli di efficienza inferiori, in genere intorno al 5-10%, rispetto al 15-20% delle celle a base di silicio.

Nonostante queste limitazioni, la ricerca e lo sviluppo nel campo delle celle solari organiche sono in corso e esiste il potenziale per questi materiali di svolgere un ruolo significativo nel futuro dell’energia solare. Le celle organiche vengono utilizzate in applicazioni su piccola scala come dispositivi portatili ed elettronica flessibile.

Di conseguenza, si è registrato un crescente interesse per la tecnologia delle celle fotovoltaiche, che ha il potenziale per fornire energia pulita e sostenibile.

Una delle maggiori differenze tra il fotovoltaico al silicio e il fotovoltaico organico (OPV) può anche essere utilizzato per creare finestre o vetrate fotovoltaiche.

Caratteristiche dei pannelli PV organici:

1. Flessibilità: La flessibilità dei materiali organici consente la creazione di pannelli solari adatti per applicazioni su superfici curve o flessibili.
2. Leggerezza: Gli strati sottili utilizzati riducono il peso complessivo dei pannelli.
3. Produzione Economica: La produzione dei pannelli solari organici può essere più economica rispetto a quella dei pannelli tradizionali a base di silicio.
4. Rendimenti Attuali Inferiori: Tuttavia, al momento, i pannelli solari organici hanno generalmente rendimenti energetici inferiori rispetto ai pannelli tradizionali.
5. Sviluppo Tecnologico in Corso: La ricerca continua è in corso per migliorare i rendimenti e le prestazioni complessive dei pannelli solari organici.

È importante notare che, mentre i pannelli solari organici offrono vantaggi in termini di flessibilità e peso, la tecnologia è ancora in fase di sviluppo, e la loro efficacia e durata possono variare.

Il funzionamento dei pannelli solari organici segue il principio fondamentale della conversione fotovoltaica, ma con alcune differenze rispetto ai pannelli tradizionali a base di silicio cristallino:

1. Assorbimento della Luce: I materiali organici utilizzati nei pannelli solari organici hanno la capacità di assorbire la luce solare. Quando la luce colpisce il materiale semiconduttore, gli elettroni vengono eccitati dalla loro posizione di equilibrio.
2. Generazione di Coppie Elettrone-Lacuna: L’eccitazione degli elettroni crea coppie di elettrone-lacuna (lacuna è il termine per un’assenza di elettrone, una “buca” di carica positiva).
3. Migrazione degli Elettroni e delle Lacune: Gli elettroni eccitati e le lacune migrano attraverso il materiale semiconduttore. Gli elettroni si muovono verso l’elettrodo metallico, mentre le lacune si muovono verso l’elettrodo trasparente.
4. Generazione di Corrente: La migrazione di elettroni e lacune crea una corrente elettrica nel circuito esterno collegato ai pannelli.
5. Generazione di Tensione: La differenza di potenziale risultante tra gli elettrodi trasparente e metallico genera una tensione, che può essere utilizzata come elettricità utilizzabile.

Vantaggi e Svantaggi pannelli fotovoltaici organici

pro

• Flessibili e leggere: le celle OPV sono sottili e flessibili, il che le rende adatte per una vasta gamma di applicazioni tra cui tecnologia indossabile, fotovoltaico integrato negli edifici e tessuti ad energia solare. Sono anche meno suscettibili ai danni causati dal vento e dagli urti rispetto ai pannelli solari rigidi
• Produzione a basso costo tramite tecniche di stampa: le celle OPV possono essere prodotte utilizzando la stampa roll-to-roll o altre tecniche di stampa a basso costo, che riducono i costi di produzione e consentono la scalabilità. L’utilizzo di tecniche di stampa consente inoltre la personalizzazione e la creazione di forme e disegni unici
• Ecologiche e facili da smaltire: le celle OPV sono realizzate con materiali non tossici, come polimeri a base di carbonio, e sono prive di materiali rari e costosi come silicio e metalli. Ciò li rende rispettosi dell’ambiente e facili da smaltire alla fine del loro ciclo di vita. Le celle OPV possono anche essere riciclate in nuove celle o altri prodotti
• Modulari e scalabili: le celle OPV possono essere prodotte in diverse forme e dimensioni e possono essere interconnesse per formare moduli o array. Ciò consente la scalabilità e la personalizzazione dei pannelli solari per adattarsi ad applicazioni e siti di installazione specifici
• Prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione: le celle OPV hanno un’efficienza maggiore in condizioni di scarsa illuminazione rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio. Ciò li rende adatti all’uso in regioni con meno luce solare o per applicazioni interne come l’alimentazione di edifici smart.

Contro

• Efficienza limitata rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio: le celle OPV hanno un’efficienza di conversione inferiore rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio. In genere hanno un’efficienza del 10-20%, mentre le celle solari a base di silicio sono superiori a questo tasso. Ciò limita la potenza erogata dalle celle OPV, che potrebbe non essere sufficiente per determinate applicazioni
• Problemi di durabilità e stabilità: le celle OPV sono meno durevoli e stabili rispetto alle celle solari tradizionali e le loro prestazioni potrebbero peggiorare nel tempo a causa dell’esposizione alla luce UV, all’umidità e ad altri fattori ambientali. L’incapsulamento e la protezione delle celle OPV rappresentano una sfida chiave che deve essere affrontata per migliorarne la durabilità
• Basso volume di produzione rispetto alle celle solari tradizionali: le celle OPV sono prodotte in quantità molto inferiori rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio, il che le rende meno commercialmente valide nella produzione su larga scala. Ciò limita anche la disponibilità delle celle OPV e può aumentarne il costo
• Sensibilità alla temperatura: le celle OPV hanno un intervallo di temperatura operativa inferiore rispetto alle celle solari a base di silicio. Potrebbero deteriorarsi o funzionare male alle alte temperature, riducendone l’efficienza e la durata
  Durata di vita limitata: le celle OPV hanno una durata di vita più breve rispetto alle tradizionali celle solari a base di silicio, in genere circa 10-15 anni. Ciò potrebbe renderli meno adatti per alcune applicazioni che richiedono affidabilità e durata a lungo termine.