La quantistica rivoluziona i pannelli solari: il fotovoltaico cambia con questo materiale

I pannelli fotovoltaici sono il motore della rivoluzione verde che da qualche anno viene prefigurata a livello europeo e mondiale. Produrli però non è affatto semplice come si pensa o si vorrebbe, dato che richiedono molto silicio e tecnologie all'avanguardia che sono tutt'altro che economiche. Una ricerca però potrebbe cambiare le cose.

Dopo gli studi su un materiale ultra sottile, arriva una ricerca dalla facoltà di scienze applicate e ingegneria dell'università di Toronto che ha fatto uso della meccanica quantistica e della perovskite per creare una cella solare che costi una frazione di quelle attuali. Al momento, le celle solari sono composte di silicio puro, richiedente grandi quantità di energia. Questa sperimentazione con la perovskite ha però cambiato le cose, come afferma Hao Chen, uno dei quattro co-autori di questo paper pubblicato su Nature Photonics.

"I cristalli di perovskite sono composti da un inchiostro liquido e usati per coprire la superficie usando una tecnologia che è già sfruttata nell'industria, come il web processing. Per questo, le celle solari di perovskite hanno il potenziale di essere prodotte a costi minori di quelle a silicio. La sfida è che le attuali celle solari di perovskite sono dietro le classiche celle di silicio nella stabilità. In questo studio, miriamo a chiudere questo gap."

Nella maggior parte delle celle di perovskite, gli elettroni escono tramite un elettrodo negativo all'estremità dello strato della cella, con dei "buchi" lasciati dietro che escono tramite un elettrodo positivo all'altra estremità in cima. Invertire questa formazione induce l'uso di una tecnica di produzione alternativa che può migliorare la stabilità degli strati di perovskite, già confermato da alcune ricerche precedenti. Questo cambio però ha un prezzo da pagare sul fronte delle performance.

Lo studio però sottolinea come il gruppo sia riuscito a superare questa limitazione facendo uso della meccanica quantistica. "Nel nostro prototipo di cella solare, la perovskite è confinata in uno strato estremamente sottile formato da soli tre cristalli in altezza." Dice Sam Teale, un altro dei co-autori. "Questa forma bidimensionale ci consente di accedere a proprietà associate alla meccanica quantistica. Possiamo controllare, per esempio, che lunghezza d'onda della luce debba essere assorbita dalla perovskite, o come gli elettroni debbano muoversi in questo strato."

Sfruttando una tecnica chimica per produrre questa superficie di perovskite sulla cella solare ha consentito di eliminare la necessità di creare uno strato organico. Per quanto riguarda l'effetto del blocco degli elettroni, invece, questo è stato superato incrementando lo spessore dello strato di perovskite, passando fino a tre cristalli d'altezza. Dopo 1000 ore di utilizzo a temperatura ambiente, sembra che l'efficienza di conversione di queste celle a perovskite sia rimasta fissa al 23,9%, senza calare. Ulteriori test hanno mostrato che, anche quando sottoposti a metodologie standard dell'industria a temperature di 65°C, le celle perdono soltanto l'8% di efficienza dopo 500 ore.

La ricerca naturalmente non si conclude qui, dato che il gruppo si occuperà di dare seguito a questo paper e di incrementare la stabilità della cella e le sue performance, in particolare quelle ad alte temperature. Inoltre va tenuto conto che la perovskite è un materiale relativamente giovane e ancora in fase di studio, mentre il silicio è sotto osservazione da ben 70 anni. Di conseguenza, questa ricerca potrebbe comportare la nascita delle fondamenta di un nuovo tipo di pannello fotovoltaico.

Un altro genere di pannello fotovoltaico invece produce acqua dal deserto, per unire più necessità insieme.