03/05/2021
3 minuti
Celle solari in perovskite: il fotovoltaico di nuova generazione che incrementa l’efficienza
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Rinnovabile, pulita, inesauribile: l’energia fotovoltaica sfrutta i vantaggi della fonte solare attraverso le tecnologie degli impianti fotovoltaici, costituiti da pannelli solari che prendono la luce del sole e la trasformano in energia elettrica. La conversione da luce a energia elettrica avviene nella cella fotovoltaica, grazie all’effetto fotovoltaico: quando i raggi del sole colpiscono una cella fotovoltaica, costituita da un materiale semiconduttore, parte dell’energia contenuta nella luce viene catturata e trasformata in elettricità. Per questo motivo, è possibile produrre energia rinnovabile anche presso la propria abitazione, avvalendosi ad esempio di un tetto fotovoltaico costituito da tegole solari. Il materiale usato per costruire la maggior parte delle celle fotovoltaiche è il silicio e, nuovi studi e ricerche, indirizzano il futuro delle celle fotovoltaiche verso nuovi materiali. Le cellule fotovoltaiche del futuro potrebbero avere costi ancora più ridotti grazie all’utilizzo di un nuovo materiale per costruirle: la perovskite.
01Che cos’è la perovskite
La perovskite potrebbe diventare il punto di svolta per la trasformazione in energia delle emissioni solari. Ma di cosa si tratta esattamente? Scoperta nel 1939, il nome perovskite è stato coniato da Gustav Rose nel 1840, in onore del Ministro della Corte Imperiale russa, grande collezionista di minerali, Lev Perovskiy. Si tratta di cristalli opachi di forma cubica, trovati nel 1839 da Rose all’interno dei monti Urali. Il materiale ha una struttura particolare, cristallina, costituita da un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO3), tale da poter ospitare una vasta gamma di elementi e presentare diverse proprietà fisiche. Tra queste, la peculiarità di essere un ottimo conduttore, che la rende utilizzabile nelle nuove tecnologie relative alle energie rinnovabili.
02Celle solari in perovskite: i vantaggi
Ottimizzare la produzione e ridurre i costi: questa affermazione è frutto di uno studio, pubblicato sulla rivista Science, realizzato da Annamaria Petrozza, ricercatrice presso il Center for nano science and technology (Cnst) dell’Istituto italiano di tecnologia (Iit) di Milano, ed Henry Snaith, ricercatore dell’Università di Oxford. Nel saggio “Electron-hole diffusion lengths exceeding 1 micrometer in an organometal trihalide perovskite absorber” viene illustrato come, grazie a semiconduttori policristallini con struttura di perovskite, è possibile creare celle solari ibride con un rendimento superiore a quelle attuali del 15%. Oggi la struttura delle celle solari è interamente fatta di silicio, con costi di produzione elevati a causa della relativa scarsità di questo materiale e al complesso metodo di fabbricazione che richiede nella creazione dei pannelli fotovoltaici: con la perovskite, i costi di produzione potrebbero essere notevolmente inferiori grazie all’abbondanza dei materiali attivi e ad un metodo di fabbricazione più semplice, in quanto avviene a basse temperature ed è estendibile su larga scala. Grazie all’incredibile balzo in avanti della ricerca, la tecnologia oggi vanta rese sorprendenti; raggiunte, inoltre, nella metà del tempo impiegato da semiconduttori classici del fotovoltaico: dal 4% di efficienza di conversione del 2009 si è passati a ben oltre il 20% del 2019. Ma a renderle la nuova promessa dell’energia solare, è anche l’economicità di produzione. Secondo i ricercatori, i costi dei pannelli potrebbero scendere a 10-20 centesimi di dollaro per watt. Un risparmio notevole rispetto agli attuali 75 centesimi di dollaro per watt. Se la perovskite potesse effettivamente abbattere così tanto i costi di produzione del fotovoltaico, secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, l’energia così prodotta potrebbe competere con quella derivata dai combustibili fossili con conseguente impatto positivo sull’ambiente e sulla qualità della vita dell’uomo.
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