Celle solari più efficienti ed economiche grazie a un nuovo, promettente semiconduttore

Lo sappiamo bene: affinché le fonti di energia rinnovabile diventino una seria alternativa è necessario risolvere diversi problemi tecnici, tra cui quello dei costi. Le nostre attuali tecnologie energetiche raggiungeranno presto i propri limiti di efficienza e costi. Il potenziale per future riduzioni del costo dell’elettricità dal solare al silicio, ad esempio, è limitato. La produzione di ogni pannello richiede una discreta quantità di energia e le fabbriche sono costose da costruire e benché sia possibile diminuirne ancora un po’ il prezzo il margine resta molto risicato. Si impone dunque un cambio nelle tecnologie per la raccolta dell’energia solare, ad esempio tramite lo sviluppo di nuovi materiali che siano al tempo stesso più economici e più efficienti. Lo StranksLab della prestigiosa Università di Cambridge ad esempio sta lavorando su una nuova e promettente famiglia di materiali le alide peroskvite, un semiconduttore che sta dando frutti notevoli.

In realtà la sperimentazione su celle fotovoltaiche che utilizzano come materiale assorbente un materiale con struttura perovskitica vanno avanti almeno dal 2009, grazie soprattutto alla loro potenziale alta efficienza, basso costo di produzione e facilità nella processabilità, tuttavia fino a ieri i ricercatori non sono riusciti a raggiungere risultati significativi soprattutto per quanto riguarda il primo parametro.

Il nuovo materiale su cui stanno lavorando all’Università di Cambridge invece, nonostante i bassi costi di lavorazione e la sua versatilità, ha dimostrato di essere notevolmente efficiente come cella solare, raggiungendo già il 25,2% di efficienza nel 2019, molto vicino al risultato migliore ottenuto con le classiche celle in silicio cristallino, pari al 26,7%. Per comprendere il salto di qualità basti dire che in precedenza il risultato migliore delle celle perovskitiche era stato raggiunto nel 2017 ed era pari al 22,7%.

Le proprietà di questo materiale, composto da un mosaico di cristalli di dimensioni estremamente variabili (dai nanometri ai millimetri) – una struttura caotica che in teoria dovrebbe rappresentare un ostacolo all’efficienza – devono ancora essere comprese a fondo, tuttavia il loro intrinseco disordine strutturale, eliminando la necessità di estrema uniformità dei cristalli di silicio, li rende assai più economici da produrre e potenzialmente impiegabili in molti modi diversi, ad esempio realizzando celle solari colorate “di design”, che si integrano in edifici o case, o finestre solari che sembrano vetri colorati ma generano energia.

Ma la vera opportunità è sviluppare celle molto più efficienti di quelle attuali in silicio. L’alide perovskite ad esempio può essere prodotta in diversi colori, semplicemente modificandone la struttura chimica e questo consentirebbe di avere un controllo preciso sulla lunghezza d’onda che sono in grado di assorbire. In questo modo potrebbe essere possibile stratificare due diversi film di perovskite colorati insieme in una cella solare “tandem”, in cui ciascuno strato raccoglierebbe una diversa lunghezza d’onda dello spettro solare, aumentando l’efficienza complessiva della cella.

Sebbene i primi prodotti stiano già emergendo, ci sono ancora diverse sfide da vincere, ad esempio per quanto riguarda la stabilità a lungo termine. I risultati ottenuti sin qui dalla ricerca sembrano però essere promettenti e, una volta risolti, dovrebbe consentire all’alide perovskite di guidare la trasformazione del modo in cui produciamo e consumiamo energia.