Fotovoltaico in perovskite: cos'è e perché rivoluzionerà l'energia solare

Con la capacità di assorbire meglio la luce e una produzione più economica, la perovskite è il nuovo riferimento nel campo del fotovoltaico: efficiente, economica e versatile, sta rivoluzionando l'energia solare

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Negli ultimi anni, la perovskite ha catturato l’attenzione di scienziati e investitori come non mai, guadagnandosi il titolo di “next big thing” nel mondo del fotovoltaico. E come dargli torto? Se pensiamo ai tradizionali pannelli solari in silicio, ormai saldamente radicati nelle nostre case e nei nostri impianti, la perovskite promette di metterli definitivamente in ombra, grazie a una serie di vantaggi impossibili da ignorare: costi di produzione più bassi, efficienza energetica in continua crescita e una flessibilità d’uso che sembra arrivare dal futuro.

La possibilità di realizzare questi pannelli in maniera più semplice ed economica ha acceso enormi aspettative, tanto che molti già la chiamano il “Sacro Graal” dell’energia solare.

Cos’è la perovskite?

Vi siete mai chiesti cos’è esattamente la perovskite? Tranquilli, non siete soli. Si tratta di un minerale scoperto nel 1839 dall’esploratore tedesco Gustav Rose negli Urali, e deve il suo nome al mineralogista russo Lev Perovskij. Ma ciò che rende la perovskite così rivoluzionaria oggi non è tanto la sua forma naturale, quanto la possibilità di crearne versioni sintetiche. Queste perovskiti “su misura” hanno proprietà straordinarie, come un’elevata capacità di assorbire la luce solare e la facilità con cui possono essere trasformate in film sottilissimi, perfetti per le applicazioni fotovoltaiche.

Perché la perovskite costa meno?

Una delle domande che molti si pongono è: perché la perovskite è più economica del silicio? La risposta è semplice: i processi di fabbricazione della perovskite sono meno complessi. Mentre il silicio richiede temperature molto alte e macchinari sofisticati, la perovskite può essere prodotta a temperature più basse e con attrezzature meno costose.

Tecniche come il “blade coating”, che consente di distribuire il materiale su ampie superfici in modo rapido, rendono la produzione su larga scala molto più economica rispetto ai metodi tradizionali, come lo “spin coating”. Inoltre, i materiali utilizzati per produrre la perovskite sono più facili da reperire e decisamente meno costosi.

Efficienza e versatilità

Ma non è solo una questione di costi. Parliamo di efficienza. I pannelli solari in perovskite hanno già raggiunto livelli di efficienza impressionanti, con alcuni degli ultimi record che superano il 26%. Ciò è possibile grazie alla capacità della perovskite di catturare una gamma molto più ampia di lunghezze d’onda della luce solare, comprese quelle a bassa energia.

E non finisce qui: le celle in perovskite possono essere combinate con quelle in silicio per creare i cosiddetti pannelli tandem, che riescono a raggiungere un’efficienza del 34,6%, come dimostrato dai progetti in Cina e Germania. Numeri che superano di gran lunga le performance delle tradizionali celle solari in silicio.

Dove si trova la perovskite?

A questo punto, potreste chiedervi: dove si trova la perovskite? È vero che esiste in natura, ma la vera rivoluzione viene dalle sue versioni sintetiche. Oggi, le perovskiti artificiali vengono prodotte in laboratorio, dove scienziati di tutto il mondo stanno lavorando per migliorare ulteriormente le loro proprietà fotovoltaiche. Questi materiali, grazie alla loro composizione chimica personalizzabile, possono essere adattati a una vasta gamma di applicazioni, che vanno ben oltre i pannelli solari. La sua produzione in laboratorio, quindi, risolverebbe la costosa e poco etica estrazione del silico in natura.

Quando è stata scoperta la perovskite?

Anche se la perovskite è stata scoperta quasi due secoli fa, è solo negli ultimi vent’anni che il suo utilizzo nel fotovoltaico è diventato protagonista della scena scientifica. Le prime ricerche risalgono agli anni 2000, quando si è iniziato a sperimentare la perovskite come materiale attivo nelle celle solari. Da allora, i progressi sono stati straordinari e oggi le celle in perovskite sono oggetto di studi approfonditi in tutto il mondo, con l’obiettivo di migliorarne la stabilità e l’efficienza.

I progressi tecnologici e le ricerche attuali

Ogni anno si registrano nuovi record di efficienza. Un esempio recente? L’Università di Scienza e Tecnologia della Cina ha stabilito un nuovo primato con un’efficienza del 26,7%. Ma non si tratta solo di aumentare l’efficienza: una delle sfide più grandi per la perovskite è la stabilità a lungo termine. Mentre le celle in silicio sono note per la loro durata, quelle in perovskite possono degradarsi se esposte a fattori come l’umidità e il calore. Per questo, la ricerca attuale si concentra anche su come migliorare la resistenza di questi pannelli.

Oltre ai vantaggi già noti, le recenti innovazioni nelle tecnologie di produzione roll-to-roll hanno introdotto celle solari in perovskite stampate su pellicole di plastica, leggere e flessibili, adatte per applicazioni in ambienti difficili, incluso lo spazio. Queste nuove celle, sviluppate da CSIRO e altri istituti di ricerca, non solo riducono ulteriormente i costi di produzione, ma offrono anche un potenziale incredibile per applicazioni diverse, spaziando dall’aerospaziale all’elettronica indossabile. La loro flessibilità unica e la capacità di essere arrotolate aprono nuove frontiere per l’uso delle energie rinnovabili in contesti prima inimmaginabili.

Le soluzioni per migliorare la stabilità della perovskite

Alcune delle soluzioni più promettenti riguardano l’uso di ossido di nichel come strato di trasporto delle lacune, una modifica che ha già dimostrato di aumentare significativamente la stabilità delle celle in perovskite rispetto ai metodi tradizionali. Inoltre, la tecnica del “blade coating” potrebbe permettere di produrre pannelli in perovskite su scala industriale, mantenendo però un’alta qualità del prodotto. Un pannello solare in perovskite di 110 cm², ad esempio, ha dimostrato di mantenere l’84% della sua efficienza iniziale dopo 1000 ore di test a temperature elevate.

I pannelli tandem: la combinazione perfetta

Un’altra area di grande interesse è la combinazione della perovskite con il silicio nei pannelli tandem. Questi pannelli sfruttano le proprietà complementari dei due materiali, raggiungendo risultati straordinari. Il centro Helmholtz Zentrum Berlin ha registrato un’efficienza record del 32,5%, mentre l’azienda cinese LONGi ha stabilito il nuovo record mondiale con un’incredibile efficienza del 34,6%. Questi risultati dimostrano non solo il potenziale della perovskite per migliorare le tecnologie esistenti, ma anche la possibilità di aprire nuove strade per l’energia solare.

I vantaggi ambientali e il ruolo del fotovoltaico in perovskite

Oltre ai vantaggi economici e tecnologici, la perovskite ha un impatto ambientale notevole. La sua produzione richiede meno energia rispetto a quella dei pannelli solari in silicio, riducendo così l’impronta di carbonio. Inoltre, recenti studi hanno dimostrato che le celle solari in perovskite possono essere riciclate con un tasso di recupero del 99,97%, un aspetto fondamentale per la sostenibilità a lungo termine delle tecnologie fotovoltaiche.

Le sfide future

Nonostante i progressi, ci sono ancora sfide da affrontare. La stabilità a lungo termine e la resistenza agli agenti atmosferici rimangono problematiche. Tuttavia, grazie agli sviluppi nelle tecnologie di incapsulamento e nei materiali di supporto, le prestazioni di queste celle stanno migliorando rapidamente. Il prossimo obiettivo? Ottimizzare i processi produttivi e abbattere ulteriormente i costi di fabbricazione, due fattori chiave per una diffusione su larga scala.

La transizione verso un futuro energetico più sostenibile è sempre più vicina, e la perovskite giocherà senza dubbio un ruolo fondamentale in questo processo.

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