Multifocale per il fotovoltaico

Catturare la luce da ogni dove: il fotovoltaico sembra non avere più limiti grazie a microgocce di cristalli liquidi. Una scoperta tutta italiana che ha già attirato l’attenzione di pubblicazioni quali ‘Nature Nanotechnology’, Proceeding of National Academy of Science’ e di brevetti internazionali, fino ad entrare tra gli Hot Topics della prestigiosa rivista della Wiley ‘Advanced Functional Materials’.

I cristalli liquidi hanno contribuito in larga misura ad aumentare la qualità di tecnologie ormai nell’uso quotidiano – è il caso dei display Lcd (Liquid crystal display) nei monitor, cellulari, tablet. Un impiego versatile garantito da intrinseche proprietà liquido-cristalline, che permettono agli stessi cristalli strutturarsi in fasi intermedie, presentando in contemporanea caratteristiche proprie dello stato liquido e di quello solido.

E con la loro frammentazione le potenzialità aumentano ancora. Una manipolazione messa a punto nel corso di uno studio condotto dai ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr) di Napoli, in collaborazione con l’Istituto di chimica e tecnologia dei polimeri del Cnr (Ictp-Cnr) e con il Dipartimento di scienze fisiche dell’Università Federico II di Napoli.

Il lavoro, realizzato in due anni dall’équipe di Pietro Ferraro, ha portato a ottenere goccioline microscopiche capaci, attraverso un processo reversibile, di assemblarsi in seguito nella forma di gocce più grandi. «In particolare – chiarisce Simonetta Grilli dell’Ino-Cnr – le ‘goccioline’ possono diventare microlenti con focale variabile in grado di offrire inaspettate soluzioni in fotografia, per mettere contemporaneamente a fuoco oggetti a diverse profondità, e nel fotovoltaico, per catturare la luce solare da qualunque angolazione con una lente di forma sferica. Altre applicazioni si aprono in sensoristica e nelle nano e biotecnologie».

Qualità non da poco se si pensa al fatto che attualmente l’ottica più utilizzata nei pannelli fotovoltaici ad alta concentrazione è basata su lenti comunque non in grado di convertire tutto lo spettro solare. Un compromesso giustificato, tuttavia, dalla necessità di ottenere strutture compatte e poco ingombranti. Fino ad ora l’unica alternativa possibile era quella di utilizzare celle solari a multigiunzione che però, a fronte di un aumento dell’efficienza energetica, comportano alti costi di produzione e complessità nella realizzazione. Senza contare poi che se uno strato della cella smette di funzionare, è tutto il sistema a non produrre piu energia.

Da qui l’importanza di ottenere microlenti con focale variabile attraverso la nuova tecnica. «Per concretizzarla – spiega Francesco Merola dell’Ino-Cnr – abbiamo depositato delle goccioline di cristallo liquido su un substrato di niobato di litio appositamente preparato e ricoperto con un particolare polimero, il polidimetilsiloxano, o pdms. Sfruttiamo una variazione di temperatura per generare il campo elettrico invece di applicarlo dall’esterno: nessuno, fino ad ora, aveva mai pensato a una tecnica del genere».