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Una cella solare, chiamata anche cella fotovoltaica, o FV, assorbe la luce del sole e poi usa quell’energia per generare elettricità. Assemblate come un pannello solare, queste celle possono creare abbastanza elettricità da alimentare una casa, una scuola o un ufficio, o distribuire energia direttamente nella rete elettrica.
Sebbene il silicio sia il materiale più comunemente usato nelle celle solari, non è l’unico materiale. Infatti, esistono altri materiali potenzialmente in grado di offrire efficienza, versatilità e convenienza maggiori. Le perovskiti, ad esempio, sono un tipo di materiale che ha la stessa struttura cristallina del minerale composto da titanato di calcio.
«Utilizzate come materiale assorbente, le perovskiti si sono dimostrate capaci di produrre celle altamente efficienti, arrivando quasi a eguagliare l’efficienza delle tradizionali celle in silicio», spiega Henry Snaith, professore dell’Università di Oxford.
Ma come possono le celle in perovskite competere con le già efficienti celle in silicio, che in più possono essere prodotte in scala? La risposta, secondo Snaith, è di puntare a una maggiore efficienza: esattamente ciò che il progetto PERTPV, finanziato dall’UE, si propone di fare.
Impilare le celle per aumentare la tensione e l’efficienza
Ciò che le celle in perovskite hanno, rispetto alle loro cugine in silicio, è la versatilità. «Si può cambiare la composizione delle perovskiti per assorbire diverse bande di luce», osserva Snaith. «Ciò significa che invece di assorbire tutta la luce in un unico materiale, come nel caso del silicio, si possono impilare due o più celle una sull’altra e assorbire diverse bande di luce solare».
Snaith continua spiegando che questa caratteristica è importante perché diverse bande di luce solare portano essenzialmente diversi livelli di energia. «Una cella solare è in grado di produrre solo una tensione pari alla banda di luce che è in grado di assorbire», dice. «Impilando le celle, è possibile aumentare la gamma di bande e, così facendo, aumentare sia la tensione che l’efficienza».
Attualmente Oxford PV, una società spin-off dell’Università di Oxford, è in procinto di impilare perovskite sul silicio, con un prodotto commerciale che dovrebbe arrivare sul mercato il prossimo anno. Il progetto PERTPV si sta spingendo oltre, impilando celle in perovskite su altre celle in perovskite.
«In definitiva, il nostro obiettivo è quello di dimostrare un’alta efficienza su celle in perovskite sia a banda larga che stretta», osserva Snaith. «Ciò a sua volta ci permetterà di fornire celle tandem efficienti al 30 %, cioè perovskite impilata su perovskite.»
Altro lavoro da fare
Il progetto sta già vedendo alcuni risultati promettenti. Per esempio, la perovskite a banda larga, che va in cima alla pila e riceve per prima la luce del sole, è appena al di sotto dell’efficienza desiderata. I ricercatori stanno anche riscontrando una stabilità relativamente buona nel materiale a basso intervallo di banda, che è composto da una miscela di stagno e piombo.
Secondo Snaith, la sfida riguarda l’efficienza della perovskite a basso intervallo di banda. «Siamo ancora nell’intervallo di efficienza del 18-19 %, e abbiamo davvero bisogno di arrivare al 23 % per essere in grado di fornire la cella tandem con un’efficienza del 30 %», spiega. «Con le efficienze che abbiamo in questo momento, dovremmo essere in grado di fornire una cella efficiente al 25 %, ma abbiamo bisogno di pompare quel numero ancora di più».
Oltre a sviluppare la tecnologia in sé, il progetto sta anche affrontando la questione di come produrre al meglio le celle tandem in perovskite. «Tutte le tessere del mosaico sono presenti, dobbiamo solo metterle insieme e concludere», aggiunge Snaith. «Ma sono fiducioso che quando il progetto sarà finito, avremo realizzato una cella tandem in perovskite ad alta efficienza.»
Anche se è estremamente difficile prevedere le tempistiche, Snaith sostiene di poter vedere le celle in perovskite multigiunzione arrivare sul mercato come una valida (e sostenibile) alternativa alle celle fotovoltaiche in silicio entro i prossimi 5 anni.
«Lo sviluppo delle celle in perovskite è un’opportunità per rendere un’industria già sostenibile ancora migliore, il che rende il finanziamento della ricerca come il progetto PERTPV così importante», conclude Snaith.