Fotovoltaico a perovskite su Science

Fotovoltaico a perovskite su Science

Politecnico di Torino, EPFL, Politecnico di Milano e il centro di Torino dell’Istituto Italiano di Tecnologia pubblicano su Science un importante miglioramento del fotovoltaico di nuova generazione basato sull’utilizzo di perovskite.

Ambiente.

Celle solari con Perovskite

Un materiale ibrido, organico e inorganico, in grado di assorbire l’intero spettro solare e di trasportare la carica elettrica con elevatissima efficienza: la perovskite è l’ultima frontiera nel campo del fotovoltaico di nuova generazione, ancora poco studiata in Italia, ma subito con risultati molto rilevanti dal punto di vista scientifico. Science, una delle più prestigiose riviste internazionali di divulgazione scientifica curata settimanalmente dall'American Association for the Advancement of Science, ha infatti pubblicato oggi un lavoro di ricerca sperimentale condotto dal Politecnico di Torino insieme all’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), al Politecnico di Milano e all’Istituto Italiano di Tecnologia, dal titolo “Improving efficiency and stability of perovskite solar cells with photocurable fluoropolymers”.

Lo studio scientifico è incentrato sulle celle solari a perovskite, un nuovo materiale recentemente studiato nella sua applicazione ai dispositivi di conversione dell’energia solare dal professor Michael Grätzel (EPFL); i primi risultati della ricerca sono talmente promettenti che si ipotizza un’applicazione su larga scala di questo materiale entro il 2020. Oltre alle proprietà uniche della perovskite, infatti, le celle fotovoltaiche basate su questa tecnologia possono essere fabbricate con tecnologie semplici e veloci, il che fa prospettare una sicura scalabilità a livello industriale. I più importanti atenei e centri di ricerca mondiale stanno quindi investendo un ingente numero di risorse umane ed economiche sullo sviluppo di celle solari a perovskite, e ciò ha portato ad un vertiginoso incremento delle efficienze di conversione della luce solare attraverso questa tecnologia, più che quintuplicate (dal 4 al 22%) negli ultimi sei anni.

Questa nuova tecnologia porta con sé però una serie di limitazioni ancora da superare prima di poter essere posta in commercio. Le celle solari a perovskite, infatti, sono soggette a notevoli perdite di efficienza quando esposte alla luce ultravioletta (presente al 5% nello spettro solare) e all’umidità atmosferica. Pioggia e sole, quindi, ne provocano il degrado e la completa perdita di funzionalità in pochissimo tempo, nei casi migliori dopo pochi giorni.

La ricerca pubblicata da Science affronta questa problematica, la cui risoluzione risulta cruciale, in quanto una delle principali applicazioni di questi dispositivi potrebbe essere la realizzazione di finestre “intelligenti” in grado di far passare la luce e produrre energia dalla radiazione solare contemporaneamente. Il team di ricerca guidato dal Politecnico di Torino ha ideato e proposto un rivestimento realizzato in un materiale polimerico innovativo in grado di contrastare efficacemente l’invecchiamento delle celle solari a perovskite. I ricercatori hanno realizzato un rivestimento fluorurato di spessore micrometrico che funziona da barriera contro l’umidità e garantisce caratteristiche autopulenti ai pannelli solari quando esposti agli agenti atmosferici (precipitazioni, smog, polveri, ecc.).

Il rivestimento è stato realizzato tramite fotopolimerizzazione, una tecnica di polimerizzazione estremamente rapida, economica ed a basso impatto ambientale (è usata comunemente per le otturazioni odontoiatriche e il fissaggio dello smalto sulle unghie). Per contrastare l’invecchiamento dei materiali indotto dalla luce ultravioletta, il rivestimento polimerico è stato inoltre potenziato con molecole luminescenti in grado di convertire la luce ultravioletta presente nella radiazione solare in luce non dannosa per la cella solare.

Con efficienze prossime al 19% ed un’eccezionale stabilità quando sottoposte ad una serie di test di invecchiamento anche in condizioni estreme, le innovative celle solari a perovskite proposte su Science confermano le notevoli prospettive di questa nuova tecnologia di conversione dell’energia solare che potrà competere efficacemente con i classici pannelli al silicio in ambito edilizio, ma anche essere accoppiata al silicio stesso in dispositivi tandem ad elevatissime prestazioni.

All’Istituto Italiano di Tecnologia, oltre al gruppo di ricerca del CSF – IIT di Torino (Center For Sustainable Futures) diretto da Guido Saracco, altri laboratori si stanno dedicando a questo argomento di ricerca che è stato inserito dal World Economic Forum tra le 10 tecnologie più promettenti del 2016: il team del CNST – IIT di Milano guidato da Annamaria Petrozza si occupa, tra le altre cose, di migliorare l’efficienza dei pannelli basati su perovskite e il gruppo di ricerca dei Graphene Labs, guidato da Francesco Bonaccorso, studia l’integrazione del grafene ed altri materiali bidimensionali in questi nuove celle solari.

Per apprfondimenti:

Link allo studio di Science (CSF - IIT Torino)

Link allo studio di Nature Photonics (CNST - IIT Milano) 

Link allo studio su Advanced Energy Materials (Graphene Labs - IIT Genova)

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