Attesi costi decisamente più bassi delle celle in silicio con un rendimento e durata similare grazie ai passi avanti fatti nella composizione chimica.
“ESPResSo”, sigla inglese di “Strutture e processi efficienti per moduli solari perovskite affidabili”, è il nuovo progetto europeo per spingere sul fotovoltaico di nuova generazione che superi la tecnologia del silicio. In aperta competizione con la ricerca cinese, gli scienziati europei stanno concentrando gli sforzi su una tecnologica molto promettente. Con uno sviluppo eccezionale realizzato in pochissimi anni, le celle a base di questi cristalli hanno già dimostrato elevate efficienze (oltre il 22%) in grado di rivaleggiare con quelle del tradizionale film sottile come ad esempio, il rame-indio-selenio-gallio (CIGS) o il cadmio-tellururo (CdTe).
La sfida che si pone al settore è ora quella di trasferire i progressi prodotti negli ultimi anni dalle celle a un sistema di produzione su scala di moduli, stabili e a basso costo superando i problemi di scarsa durata ed affidabilità.
I componenti del consorzio “ESPResSo” (il Politecnico federale di Losanna in Svizzera, il CNR e l’Univeristà Tor Vergata Roma in Italia, l’Imec in Belgio, Fraunhofer Institute ISI in Germania, più altre realtà minori da Spagna e Gran Bretagna) lavoreranno assieme per superare i limiti dell’attuale tecnologia fotovoltaica in perovskite portando i dispositivi solari al prossimo livello di maturità e dimostrando la validità di una loro applicazione pratica. L’iniziativa – finanziata dall’Unione Europea – è guidata da Imec, il centro di ricerca e innovazione belga attivo nel settore della nanoelettronica, dell’energia e delle tecnologie digitali: per Tom Aernouts, leader del gruppo imec per il fotovoltaico a film sottile e ricercatore presso EnergyVille, «le celle in perovskite dimostrano un chiaro potenziale nel supportare le richieste energetiche mondiali in modo economicamente conveniente. La missione finale dei partner del progetto “ESPResSo” è raggiungere questo obiettivo portando il fotovoltaico di perovskite dal laboratorio alla fabbrica».
Il team intende portare le prestazioni delle celle vicino al limite teorico dimostrando un’efficienza di oltre il 24% (su 1 cm²) e ottenendo meno del 10% di degradazione dopo stress termico a 85° C per oltre 1.000 ore. Le nuove tecnologie di produzione testate dovranno trasformare le singole unità in moduli con oltre il 17% di efficienza, stabile su tempi superiori ai 20 anni. Il progetto prevede inoltre l’integrazione di moduli in elementi di facciata che dimostrino un costo per l’energia (LCoE) uguale o inferiore a 0,05 €/kWh.
Non solo: i ricercatori dell’Università di scienze e tecnologia di Okinawa hanno aggiunto un ulteriore passo in più alla tecnologia: sono riusciti a creare la prima cella in perovskite inorganica efficiente, stabile ed economica, superando il problema principale connesso alla struttura di questi cristalli. In natura, le perovskiti sono minerali composti da calcio, titanio e ossigeno. Nei dispositivi solari sono utilizzati ossidi di sintesi, per lo più cristalli ibridi organici-inorganici, in cui alogenuri metallici sono legati a piccole molecole organiche che sono spesso instabili e si deteriorano con l’esposizione al calore..
Gli scienziati giapponesi sono riusciti a trovare un compromesso, realizzando un fotovoltaico in perovskite inorganica stabile ed efficiente al tempo stesso. Sono riusciti ad aumentare la capacità di assorbimento luminoso drogando i dispositivi con manganese che ha cambiato la struttura cristallina del materiale migliorando le prestazioni. L’efficienza di conversione (7,4%) è ancora lontana dal record del 22%, è un buon punto di partenza per ulteriori studi. Inoltre, grazie alla realizzazione in carbonio del gruppo elettrodi e fili, si è eliminato l’impiego di oro nella struttura, accelerando i tempi di produzione e riducendo i costi.
