Perovskite

Celle fotovoltaiche innovative, basate su una classe di minerali molto comune dove per la prima volta potremmo reperirli non con così tanta difficoltà. Parliamo di un filone di ricerca che è in grande spolvero ormai da qualche anno ovvero quello della produzione di celle fotovoltaiche dette alla Perovskite.

Come sappiamo, i pannelli fotovoltaici che vediamo su tutti i tetti sono fatti con celle fotovoltaiche al silicio, di per sé non è un materiale raro anzi è un materiale molto abbondante che però deve essere raffinato ed è un processo molto "energivoro" e piuttosto costoso. Di fatto, i pannelli fotovoltaici che oggi noi vediamo, sono in gran parte, quasi il 99%, al silicio. La produzione di queste celle, dunque, è un settore innovativo su cui tra l’altro la Cina ha ormai acquisito un vantaggio enorme ed ha anche delle economie di scala grazie agli investimenti. 

Per cui, l’arrivo di una nuova famiglia tecnologica è atteso anche per rompere questo vantaggio ormai acquisito in particolare dalla Cina e la Perovskite è il candidato numero uno. Si tratta di una famiglia molto vasta di minerali che sono caratterizzati da una certa struttura, una famiglia vastissima quindi senza problemi di reperimento.

Questa in alto è una cella fotovoltaica da record, il record risale a qualche settimane fa ed è stato ottenuto all'Helmholtzh Zentrum di Berlino per i materiali e l’energia. È un centro molto forte nello studio di queste tecnologie, la cella in questione è cosiddetta cella tandem, quindi, mette insieme la tecnologia Perovskite con la tecnologia al silicio ed ha raggiunto un’efficienza del 32,5%. Un dato altissimo, considerando che le migliori celle fotovoltaiche al silicio arrivano più o meno al 25%.                                                                                 

Aumentare l’efficienza, grazie a questa nuova tecnologia, sarebbe un grosso passo avanti.

In alto a sinistra, vediamo cos’è il Perovskite ovvero un minerale che però non sempre si presenta in questo modo, è estremamente diffuso e quello che caratterizza un po’ tutti questi minerali è la struttura (foto di destra) che si presenta abbastanza ariosa in cui si possono infilare anche altri atomi per esempio se diventa disidratato, riscaldandolo, quindi buttandoci sopra dell’acqua quest'ultimo assorbe l’acqua e diventa bollente.

In quest’altra immagine possiamo vedere una cella alla Perovskite, la cosa interessante è che negli ultimi mesi è veramente un susseguirsi di ripubblicazioni di ricerche che sembrano far ormai sentire l’arrivo di questa nuova tecnologia che ha una serie di vantaggi perché consente di fare delle celle fotovoltaiche estremamente sottili in quanto la luce quasi le attraversa. Sono celle fatte con pochissimo materiale e in più per queste tecnologie, i materiali necessari a produrle sono completamente diverse da quelli necessari a produrre celle silicio. Quando si fa una cella al silicio, bisogna purificarla ed è già molto costoso, diciamo che si ottiene un grande cristallo che poi viene fatto letteralmente a fette, il più sottile possibile ma stiamo comunque parlando di un processo che spreca molto materiale, in seguito, queste fettine di silicio vengono utilizzate per assemblare a strati la cella. 

Le tecnologie legate alla Perovskite invece, sono tecnologie più simili a quelle di una stampante quindi depositano strati di materiale estremamente sottili la cui produzione richiede pochissima energia quindi si tratta di una tecnologia estremamente efficiente.

In questa immagine vediamo il primo parco solare, molto piccolo, di celle alla Perovskite il quale è stato testato per vari mesi ad Eraclium a Creta ma è stato fabbricato in Italia grazie anche ad una start-up italiana che ha sviluppato la tecnologia al grafene che consente di rendere queste celle alla Perovskite più durevoli poiché il problema maggiore, che da anni gli scienziati cercano di risolvere, diciamo il punto debole di queste di queste Perovskite, è che si degradano molto rapidamente quando vengono esposti alla luce solare, all’inizio sono molto efficienti ma poi perdono rapidamente queste efficienza. 

Considerate che siamo partiti da decine di anni fa con celle fotovoltaiche Perovskite che perdevano efficienza nell’arco di minuti adesso siamo passati a celle fotovoltaiche che perdono efficienza nell’arco di molti mesi. L’obiettivo è arrivare quindi a celle fotovoltaiche che perdano efficienza nell’arco di molti anni ma diciamo che siamo passati dai minuti ai mesi quindi quello rimane da fare per arrivare agli anni è molto poco.

Infine, possiamo vedere come associare la tecnologia alla Perovskite con la tecnologia al silicio. A sinistra vediamo la stratigrafia di una cella alla Perovskite dove troviamo molti strati di materiale però sono tutti strati estremamente sottili, parliamo di millesimi di millimetro. 

A destra invece, vediamo come sono fatte queste celle a doppio strato, ne esistono già alcune basate sul silicio ma sono costosissime e vengono usate solo sui satelliti artificiali. 

Questa tecnologia invece potrebbe arrivare dappertutto anche sui nostri tetti delle case poiché di fatto, sono due celle una sopra l’altra. La prima è trasparente alla radiazione rossa, quindi ai colori più rossi della luce solare ed assorbe bene la radiazione blu di conseguenze il primo strato trasforma l'energia elettrica la componente blu della luce solare e la componente rossa lo attraversa e arriva sulla cella al silicio che si trova sotto la quale invece è molto efficiente nel trasformare in energia proprio la luce rossa. 

In conclusione, l’accoppiata aumenta l’efficienza infatti il record più recente è di pochi mesi fa circa il 20 dicembre ed è stato del 32,5% di efficienza, un numero veramente impressionante.