“È in atto un’accelerazione senza precedenti nel campo della tecnologia fotovoltaica: celle solari che combinano il silicio e la perovskite stanno raggiungendo record di efficienza che migliorano non anno dopo anno, bensì mese dopo mese”, ci spiega la dottoressa Paola Delli Veneri, responsabile del laboratorio Enea che si occupa dello studio e sviluppo di materiali e dispositivi fotovoltaici.
La perovskite è un minerale costituito da titanato di calcio, la cui scoperta risale al 1839, ma in realtà oggi è la sua versione sintetica a spopolare nel settore delle celle solari. E il motivo si deve al fatto che in tandem con il silicio potrebbe incrementare notevolmente l’efficienza dei moduli fotovoltaici attualmente in commercio. “Siamo ancora in una fase di sviluppo in laboratorio, anche se alcune aziende cinesi stanno già producendo moduli fotovoltaici a base di perovskite allo scopo di testare questa nuova tecnologia”, sottolinea Delli Veneri.
Il tema di fondo è che le celle solari in silicio – le più diffuse nel mondo – hanno praticamente quasi raggiunto il loro limite di efficienza. L’esperta i racconta che l’efficienza record raggiunta da una cella di questo tipo è di circa 27%, quindi di poco inferiore al massimo teorico raggiungibile stimato nel 29%. È bene però considerare che la cella è un componente del modulo e quindi nella realtà l’efficienza finale mediamente si attesta sul 21%, al netto di alcune architetture speciali che lambiscono il 24%.
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21 Settembre 2023
“Abbinando silicio e perovskite in celle solari tandem in laboratorio si è sfiorata un’efficienza del 34%. Ormai non passa mese che qualcuno dichiari di aver superato il limite”, sottolinea la ricercatrice. Verrebbe da chiedersi se non sia non sia ipotizzabile sostituire totalmente il silicio con la perovskite. La risposta di Delli Veneri è che al momento i migliori dispositivi in perovskite sono ottenuti su aree piccole e con tecniche difficilmente scalabili su dimensioni più estese. E poi c’è un tema di stabilità delle prestazioni nel tempo: oggi il silicio è superiore e garantisce un’operatività temporale di almeno 30 anni.
Il progetto GOPV di Enea
Materiali di nuova GeneraziOne Per celle fotoVoltaiche tandem: è così che Enea ha battezzato il suo nuovo progetto dedicato al settore. GOPV vede la partecipazione anche delle università di Napoli “Federico II”, Catania, Perugia, Roma Tor Vergata e Pavia, l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e l’azienda BeDimensional. Il finanziamento proviene dal Ministero per l’Ambiente e la Sicurezza Energetica, nell’ambito delle attività della Ricerca di Sistema Elettrico finalizzate all’innovazione tecnica e tecnologica a totale beneficio degli utenti.
L’obiettivo è quello di realizzare celle tandem fatte di silicio e perovskite, in modo che sia possibile la costruzione moduli fotovoltaici ad alta resa e dalle dimensioni ridotte. Senza contare l’impegno per incrementare la sostenibilità, la stabilità delle prestazioni delle celle e la sicurezza dei relativi processi produttivi.
Sul fronte della perovskite, si studieranno formulazioni chimiche alternative a quelle maggiormente in uso di tipo ibrido, organico-inorganico, “che possono contenere piombo, e che saranno prodotte anche attraverso tecnologie di evaporazione termica, per valutare processi scalabili anche su aree più grandi”. Invece per il silicio si studieranno nuovi materiali da utilizzare nelle celle a eterogiunzione, più trasparenti rispetto ai film sottili di silicio comunemente utilizzati. Già, perché le celle tandem perovskite/silicio possono essere realizzate connettendo meccanicamente le due celle componenti. Come sottolinea Delli Veneri, vi sono due possibilità: realizzare le celle in silicio e perovskite in maniera indipendente oppure fabbricare la cella in perovskite direttamente sulla cella in silicio (connessione monolitica). Secondo la ricercatrice, è proprio quest’ultima la configurazione più studiata perché ha la potenzialità di ridurre i costi di fabbricazione ed è quella che ha consentito di raggiungere i recenti record di efficienza.
Non resta che attendere il completamento dei progetti di ricerca, ma se si dovesse ipotizzare una fase di industrializzazione per questa nuova soluzione, secondo Delli Veneri, bisognerebbe considerare un medio termine, quindi qualche anno. A tempo debito i nuovi moduli fotovoltaici potrebbero offrire un’efficienza prossima al 30%. “Chi aveva promesso un lancio a breve l’ha rimandato, ma sono fiduciosa perché continuiamo costantemente a fare progressi e per la transizione energetica non possiamo fare a meno di queste emergenti tecnologie fotovoltaiche”, conclude Delli Veneri.
