Energia solare a “saldo” con il ‘perovskite’?

[13 agosto 2013]

Grazie alla ricerca e a materiali noti da tempo, ma accantonati, si possono ottenere celle solari altamente efficienti e poco costose da produrre. Grazie all’utilizzo di perovskite, minerale con struttura cristallina costituiti da un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO3), i ricercatori affermano che i pannelli solari potrebbero costare tra 10 e 20 centesimi di $ per watt, mentre oggi costano mediamente 75 centesimi di $ a watt.

Secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti a 50 centesimi per watt l’energia solare potrebbe competere con i combustibili fossili. Martin Green della University of New South Wales, in Australia, uno dei ricercatori del solare più importanti al mondo, sostiene che le celle solari che utilizzano questo materiale «possono essere realizzate con una tecnologia molto semplice e potenzialmente molto economica, e l’efficienza sta aumentando in maniera esponenziale».

Il perovskite è noto da oltre un secolo, ma nessuno ha pensato di provarlo in celle solari fino a tempi relativamente recenti. Il materiale che i ricercatori stanno usando ha una grande capacità di assorbire la luce. Mentre i pannelli solari convenzionali in silicio utilizzano materiali che hanno uno spessore di circa 180 micrometri, le nuove celle solari hanno uno spessore di meno di un micrometro per catturare la stessa quantità di luce solare.

Il pigmento è un semiconduttore in grado anche di trasportare la carica elettrica creata quando la luce lo colpisce. Il gruppo di  Michael Grätzel (famoso nel settore del solare per aver inventato un tipo di cella che porta il suo nome), ha prodotto le celle solari più efficienti in perovskite, capaci di convertire il 15 percento di energia solare in energia elettrica.

Sulla base dei risultati finora ottenuti, i ricercatori affermano che l’efficienza  potrebbe facilmente salire fino al 20 al 25 percento e Grätzel sostiene che le celle solari in perovskite saranno probabilmente in grado di mantenere una elevata efficienza anche nella produzione di massa, considerato che sono molto semplici da costruire.

Le celle solari in perovskite possono essere realizzate spargendo il pigmento su una lamina di vetro o metallo, assieme a pochi altri strati di materiali che facilitano il movimento degli elettroni attraverso la cella. Quando i perovskiti sono stati utilizzati in celle solari, nel 2009, le efficienze erano basse. Veniva convertito solo circa il 3,5% in energia elettrica. Le celle, inoltre, non duravano a lungo, dal momento che un elettrolita liquido dissolveva il perovskite. Ma l’anno scorso un paio di innovazioni che hanno permesso di sostituire l’elettrolita liquido con materiali solidi, hanno risolto questi problemi, ed è iniziata tra i ricercatori una corsa per produrre celle solari sempre più efficienti.

«Tra il 2009 e il 2012 era stato scritto un solo articolo. Poi, alla fine dell’estate del 2012, tutto è iniziato- dichiara Henry Snaith, un fisico dell’Università di Oxford- Efficienze rapidamente raddoppiate, e poi raddoppiate di nuovo». E’ ancora presto per dire se stia iniziando una “guerra” sul mercato, tra celle solari in perovskite e quelle classiche al silicio. Secondo gli esperti i perovskiti avranno difficoltà a prendere il posto delle celle solari al silicio i cui costi sono in calo. Alcuni analisti pensano che potrebbero scendere anche a 25 centesimi per watt, il che eliminerebbe la maggior parte del vantaggio di costo del perovskite e diminuirebbe quindi l’incentivo per investire nella nuova tecnologia.

Anche se il processo produttivo delle nuove celle è semplice, storicamente è stato necessario più di un decennio per portare a livelli di produzione industriali nuove tecnologie di celle solari e, in una decina d’anni, le celle solari al silicio potrebbero essere troppo avanti per essere raggiunte. Secondo Green una possibilità potrebbe essere quella di utilizzare li perovskite per migliorare le celle solari al silicio dipingendole con questi materiali, e quindi abbassando il costo complessivo per watt. Questo potrebbe essere un modo più semplice per entrare nel mercato che non cercare di introdurre un nuovo tipo di cella solare.

Inoltre c’è da risolvere un problema: questo materiale contiene una piccola quantità di piombo, che è tossico. Saranno necessarie nuove ricerche che valutino la possibilità di sostituire il piombo con stagno (o qualche altro elemento) nelle celle, altrimenti è necessario che le celle stesse vengano raccolte e avviate correttamente alla filiera del riciclo in modo che il piombo non venga disperso nell’ambiente.