Celle in perovskite: al centro Enea di Portici un gruppo di ricercatrici segna il record italiano di efficienza

EFFICIENZA OLTRE IL 20%: RECORD A PORTICI

Le celle solari a base di perovskite hanno ottenuto, in pochi anni e grazie ad un’intensa attività di ricerca, un importante sviluppo raggiungendo efficienze comparabili a quelle delle celle solari a silicio. La perovskite è un materiale sintetizzato in laboratorio simile nella struttura cristallina a minerali scoperti nel 1839 sui Monti Urali da Gustav Rose. Scelse il nome in onore del mineralogista russo Lev Perovski. Al centro Enea di Portici un gruppo di ricercatrici ha ottenuto, per la prima volta in Italia, un’efficienza pari al 20,8% nell’innovativa cella solare in perovskite. Allineando la ricerca svolta nei laboratori italiani a quella dei maggiori centri di ricerca internazionali.

“La perovskite è un materiale con grandi potenzialità tra cui la capacità di assorbire una maggiore quantità di radiazione solare, rispetto a quella assorbita dal silicio, nello spettro di luce visibile, con lunghezze d’onda da 350 a 750 nanometri. Inoltre la possibilità di fabbricare celle solari a base di perovskite con un metodo semplice e a bassa temperatura e la possibilità di deporre tale materiale semitrasparente su qualsiasi tipo di superficie, come per esempio finestre oppure edifici, l’hanno resa, fin dalla sua prima applicazione in celle solari a stato solido nel 2013, di estremo interesse nella comunità scientifica“, ci dice il fisico Vera La Ferrara che, insieme alle colleghe Antonella De Maria e Gabriella Rametta, è riuscita a mettere a punto il processo per ottenere il record italiano di efficienza.

RISULTATO OTTENUTO NELL’AMBITO DELLA RICERCA DI SISTEMA

Il gruppo di ricercatrici del Laboratorio Dispositivi Innovativi del Centro di ricerche dell’Enea di Portici, sotto la supervisione della ricercatrice Paola Delli Veneri, ha ottenuto il risultato nell’ambito del Progetto Fotovoltaico ad Alta Efficienza, finanziato dall’Accordo di Programma sulla Ricerca di Sistema Elettrico tra Enea e ministero dello Sviluppo economico. “L’assorbimento della luce provoca all’interno della perovskite la generazione di cariche elettriche, a loro volta raccolte dai materiali, inseriti a contatto con le due superfici della perovskite, che permettono il trasporto di corrente”, prosegue La Ferrara. “La fabbricazione della cella solare comporta quindi uno studio approfondito della perovskite nonché della sua combinazione con altri materiali, inseriti all’interno del dispositivo, che contribuiscono al corretto funzionamento”.

A Portici “abbiamo ottenuto un’efficienza del 20,8%, percentuale di energia solare trasformata in corrente elettrica dalla cella solare, grazie ad un attento studio del processo e della scelta di tutti i materiali, raggiungendo le efficienze riportate da altri laboratori nel mondo. Questo è solo il primo passo; perché ci sono ancora alcune problematiche da risolvere”, aggiunge La Ferrara.

STABILITÀ DA MIGLIORARE E TESTARE

Tra gli aspetti da approfondire ci sono, per esempio, la stabilità di efficienza del dispositivo e la scalabilità del processo, cioè come trasferire il metodo di fabbricazione fatto in laboratorio a livello industriale e quindi alla successiva commercializzazione. “Il problema della stabilità nel funzionamento delle celle solari a perovskite è un aspetto che si sta sempre più considerando in vista di una futura commercializzazione”, sottolinea La Ferrara. “Finora negli articoli scientifici sono riportate stabilità che non superano i due anni, quindi un arco temporale ridotto confrontato con la stabilità del silicio che invece dura più di 20 anni. Ma, se da un lato ciò farebbe pensare ad un allontanamento dalla commercializzazione, dall’altro porta a considerare una fattibile modalità “usa e getta”, insieme ad un approfondito studio del ciclo di fine vita e dello smaltimento”.

Altro aspetto da approfondire è utilizzare un metodo di deposizione “scalabile”. Ad oggi il centro Enea di Portici e la maggior parte dei centri di ricerca internazionali utilizzano un metodo economico per realizzare tali celle: depositare tramite soluzione chimica e successiva cristallizzazione a bassa temperatura. “Ciò permette una veloce deposizione ma non consente di avere un’adeguata uniformità su aree maggiori di qualche centimetro quadrato. Cambiando le tecniche, per esempio tramite processi di deposizione ad alto vuoto, sarà invece possibile aumentare l’area attiva di queste celle solari, – continua La Ferrara – il sostegno dei finanziamenti della Ricerca di sistema ha già permesso di installare attrezzature adeguate alla ricerca in corso e consentirà nel prossimo anno l’acquisto di nuove apparecchiature necessarie per implementare le attività del laboratorio su tale tematica”.

COSTI INFERIORI MA LA COMMERCIALIZZAZIONE È ANCORA LONTANA

Quanto ai tempi di commercializzazione dei pannelli solari in perovskite, La Ferrara non si sbilancia, proprio per le problematiche sopra menzionate, anche se evidenzia che con la perovskite i costi di produzione potrebbero essere notevolmente inferiori grazie al fatto che, indipendentemente dal metodo di fabbricazione scelto, il processo richiederà comunque basse temperature per ottenere la formazione dello strato assorbitore di perovskite e che lo spessore della perovskite in una cella solare è comunque tre ordini di grandezza più sottile della cella a silicio (centinaia di nanometri per la perovskite contro centinaia di micrometri per il silicio) con evidente risparmio di materiale utilizzato. E porta l’esempio dei ricercatori della Oxford PV, uno spinoff dell’Università di Oxford, che dichiarano di essere vicini ad un’imminente commercializzazione, auspicabile anche a seguito di nuovi risultati, ottenuti dagli stessi e contemporaneamente da ricercatori del centro Helmholtz dei materiali e dell’energia a Berlino, sulle celle tandem silicio/perovskite.

“Un’idea reale sui costi di celle in perovskite non è ancora possibile, in quanto bisogna ben definire ancora i processi e i materiali che porteranno a una maggiore stabilità e alla scelta dell’opportuno metodo di fabbricazione da trasferire su larga scala. Sono quindi diverse le problematiche ancora aperte. Per tale motivo – conclude La Ferrara – la nostra ricerca va avanti per approfondire e migliorare tutte le questioni ancora in fase di studio e per combinare le celle singole a perovskite sulle celle a silicio, ottenendo celle tandem monolitiche silicio/perovskite, interamente realizzate nel centro Enea di Portici.”