Perovskite
Celle solari ad alta resa
Il nome ” Perovskite” incute forse timore, ma in realtà si tratta di un materiale noto da tempo.
Come mai è così ricercato? Perché le celle solari di perovskite potrebbero essere il futuro dell’energia solare.
Nell’ambito delle nuove tecnologie per la transizione ecologica, la perovskite viene usata per realizzare dei pannelli fotovoltaici ad altissima resa. L’efficienza di questa soluzione è dovuta a diversi fattori: vediamo come funziona il materiale e perché è così performante.
Perovskite e fotovoltaico, dall’estrazione alle celle solari
Una cella solare di perovskite è una tipologia di cella con una pellicola sottile, realizzata da una classe di materiali artificiali chiamati perovskiti. Sono un gruppo di minerali composto da ossidi metallici, che prende il nome dal primo minerale che è stato scoperto nel 1839 in Russia: la perovskite – costituita da ossido di calcio e titanio (titanato di calcio).
I perovskiti sono ben diversi dal solito silicio che costituisce i pannelli solari tradizionali. Possiedono una struttura cristallina particolare, che li rende molto efficienti nel convertire i fotoni della luce solare in elettricità.
Una “perovskite” è un materiale che ha la stessa struttura cristallina del composto ossido di calcio e titanio. Le celle solari realizzate con le perovskiti funzionano in modo simile ai pannelli solari classici. Un semiconduttore assorbe l’energia solare e avvia un flusso di elettroni, che viene catturato dai cavi e convertito in elettricità.
La differenza, è che sono molto più efficienti (oltre il 20%) rispetto alle celle in silicio mono o policristallino!
In particolare, nelle nuove celle solari che combinano i due materiali.
Celle solari tandem, prestazioni altissime in coppia
Le celle perovskitiche, seppur performanti, da sole non possono fare miracoli nella produzione di energia fotovoltaica. Se si combinano con altri componenti, però, l’unione fa la forza.
Un’alta percentuale di resa è possibile adottando delle celle perovskite-silicio, le cosiddette celle solari tandem. Con questa unione di materiali nelle celle fotovoltaiche, si arriva a raggiungere un’efficienza del 33,2%! La resa più alta in assoluto finora.
Il sistema adottato nasce dalle vernici a perovskite ibrida, escogitato dai ricercatori di un’università in Arabia Saudita (King Abdullah University of Science and Technology), che studiando questa particolare unione hanno riscontrato quest’elevata capacità nelle celle tandem.
Ad oggi, le celle tandem realizzate dall’università saudita sono state certificate e inserite tra le migliori ricerche nel settore delle celle per energie rinnovabili.
Silicio e perovskite vengono inseriti nel rivestimento in modo sovrapposto: uno strato superiore di perovskite sulla base in silicio. La funzione della perovskite è quella di assorbire la luce blu dei raggi solari, mentre il silicio sottostante cattura la luce rossa.
L’effetto doppio (tandem) dà vita ad un materiale che rende efficiente al massimo la conversione della luce solare in energia elettrica.
Perovskite e silicio sembra il binomio perfetto per espandere le potenzialità di queste celle solari tandem, che già da anni sono oggetto di una ricerca. Sperimentando nuove soluzioni tra strutture e materiali, è stata creata anche una copertura con celle solari per una superficie piramidale.
Le altissime prestazioni delle celle solari in perovskite ibrida, consentono di creare dei rivestimenti ampi con moduli grandi e performanti.
La combinazione delle tecnologie solari nella cella tandem, potrebbe emergere dalla ricerca unendo perovskiti con celle tradizionali al silicio oppure celle solari CIGS.
Massimizzare l’energia fotovoltaica
In futuro, le innovazioni di questi moduli fotovoltaici saranno sempre più diffuse a livello globale, anche per questioni economiche.
Le celle solari in perovskite rappresentano una possibile tecnologia solare ad alta efficienza e basso costo.
Il vantaggio delle celle solari in perovskite è che si basano su un materiale artificiale che può essere prodotto a basso costo. Le celle solari fotovoltaiche standard sono realizzate con silicio cristallino, che deve essere estratto dalla terra e lavorato prima di poter essere utilizzato per produrre celle solari di alta qualità. Le celle di perovskite sono realizzate attraverso un processo chiamato “lavorazione in soluzione”, la stessa pratica utilizzata per la stampa dei giornali.
Si stampa sul supporto laminato un modulo flessibile, eliminando molti procedimenti costosi.
Vantaggi e svantaggi sulle celle solari in perovskite
Ricapitolando, la tecnologia delle celle solari in perovskite a pellicola sottile possiedono:
- alta capacità di produrre energia
- potenziale a basso costo
- i pannelli sono flessibili, leggeri e semitrasparenti (design attraente)
- il profilo basso si può incorporare in parti dell’edificio diverse dal tetto
- la leggerezza dona minore peso alle strutture
Come ogni nuova tecnologia, anche le celle solari di perovskite devono essere perfezionate in laboratorio prima di essere disponibili su vasta scala.
Un dubbio è dato dallo studio che stanno conducendo gli scienziati a proposito della tossicità dei componenti delle celle. Se la perovskite si deteriora, può produrre una sostanza nociva per la salute.
Sarà compito dei ricercatori trovare una soluzione per evitare che si creino le condizioni di rottura e degrado del materiale.
Si capirà tra poco tempo, dato che le celle solari in perovskite non sono ancora disponibili ma in fase di studio. Per adesso, esistono aziende come Sunpower e Panasonic che propongono pannelli solari al silicio con efficienze superiori al 20%, quindi si avvicinano sempre di più alle produzioni migliori.
La società Hanwha Q Cells, uno dei più grandi produttori nel campo del fotovoltaico con varie sedi tra Corea del Sud e Germania, Malesia e Cina, sta facendo dei passi avanti per quanto riguarda l’inizio della produzione di celle fotovoltaiche Tandem.
A metà maggio di quest’anno 2023 Hanwha Q Cells ha deciso di investire almeno 100 miliardi di dollari in questo progetto di avviare una catena di produzione che realizzerà pannelli fotovoltaici tandem Silicio-Perovskite.
In attesa della perovskite, i miglioramenti nella tecnologia delle celle fotovoltaiche sono continui!