Cella solare in perovskite: efficienza sui fotovoltaici

Grazie all'utilizzo della perovskite, un materiale utilizzato per costruire le cellule fotovoltaiche, queste potrebbero avere costi più ridotti in futuro.

Le celle solari a semiconduttore di perovskite sono una tecnologia fotovoltaica particolarmente interessante in quanto possiedono un rendimento (efficienza di conversione), simile a quelle basate sul silicio convenzionale. La differenza è che le prime possono essere deposte in strati sottili (film) attraverso inchiostri liquidi che offrono diversi vantaggi nella produzione su larga scala.

La struttura delle celle solari oggi è fatta interamente di silicio, con costi di produzione piuttosto elevati. Con la perovskite la situazione potrebbe cambiare; i costi di produzione potrebbero essere notevolmente inferiori grazie alla quantità di materiali attivi e ad un metodo di fabbricazione più semplice.

Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, se la perovskite potesse abbattere i costi di produzione del fotovoltaico, l'energia così prodotta potrebbe entrare in competizione con quella derivata dai combustibili fossili comportando un'espansione relativa alla diffusione delle energie rinnovabili e chiaramente un conseguente impatto positivo sulla qualità di vita dell'uomo e sull'ambiente.

La perovskite è nota ormai da tanto, ma ci è voluto tempo affinché si pensasse di applicare le sue potenzialità alle celle solari. La composizione chimica della perovskite permette che le cariche generate dalla luce catturata dal pannello viaggino per distanza maggiori di un micrometro, una distanza enorme nel mondo delle nano-tecnologie; ciò consente la permanenza della carica per un tempo maggiore all'interno del pannello fonoassorbente e quindi un maggior accumulo di energia.

Inoltre, mentre i pannelli solari in silicio, attualmente utilizzati, hanno uno spessore di circa 180 micrometri, le celle solari in perovskite hanno uno spessore di meno di un micrometro (il tutto impiegato per catturare la stessa quantità di luce solare). Questo è possibile poiché le celle in questo materiale possono essere realizzate "spargendo il pigmento su una lamina di vetro o metallo, utilizzando pochi altri strati di materiali atti a facilitare il movimento degli elettroni attraverso la cella."

Nel 2009, la perovskite è stata utilizzata per la prima volta per produrre celle solari ma l'efficienza del sistema prodotto era bassa e solo il 3,5% di luce veniva poi convertita in energia elettrica. Inoltre, le celle non duravano a lungo a causa della dissoluzione di questo materiale a causa degli elettroliti liquidi.

La ricerca però è andata avanti e nel 2012 sono state compiute alcune innovazioni nella tecnologia del solare; gli elettroliti liquidi sono stati infatti sostituiti con materiali solidi eliminando uno dei problemi più "pesanti." Per questa ragione, molti ricercatori hanno deciso di concentrarsi sulla ricerca al fine di creare celle sempre più performanti.

Per esempio, i ricercatori TNO, TU Eindhoven, imec e TU Delft, hanno condotto una ricerca sulla perovskite che è stata in grado di portare la tecnologia del fotovoltaico tandem oltre il 30% di efficienza. Il fotovoltaico tandem è un impianto composto da celle solari formate da due semiconduttori con diverse ampiezze di banda (in questo caso si tratta di celle perovskite-silicio a quattro terminali).

Il risultato è stato ottenuto mediante la combinazione della cella solare di perovskite con le tecnologie convenzionali delle celle solari al silicio. La ricerca ha compiuto un passo in più rispetto a quelle precedenti, arrivando a 4 terminali (4T); in questi dispositivi tandem l'unità superiore e quella inferiore funzionano indipendentemente l'una dall'altra rendendo possibile l'impiego di diverse celle inferiori. "L'architettura a quattro terminali semplifica l'implementazione di tandem bifacciali per aumentare ulteriormente la resa energetica."