Cos’è la perovskite e perché può rivoluzionare la tecnologia dei pannelli solari
Negli ultimi anni la perovskite ha catturato l’attenzione di scienziati e ricercatori di tutto il mondo per le sue caratteristiche uniche e la sua versatilità applicativa.
Il minerale da cui prende il nome (la perovskite o titanato di calcio) è stato scoperto nel 1839 da Gustav Rose sui Monti Urali, e chiamato così in onore di Lev Perovskiy (ministro russo appassionato di minerali). Più in generale il termine “perovskiti” indica un’ampia famiglia di materiali con la stessa struttura cristallina ma i cui elementi costitutivi possono cambiare. È proprio grazie alla possibilità di ottenere diverse proprietà modificando i loro elementi che oggi, a quasi 200 anni dalla loro scoperta, le perovskiti sono diventate un materiale incredibilmente promettente soprattutto nel settore dell’energia solare.
In questo articolo analizzeremo lo straordinario potenziale della perovskite, soffermandoci sulle sue eccezionali caratteristiche, le applicazioni e le sfide tecnologiche ancora da superare.
Alta efficienza a basso costo: le proprietà della perovskite
I materiali perovskitici utilizzati nel fotovoltaico possiedono eccezionali proprietà ottiche ed elettriche, che li rendono ideali per applicazioni in molteplici campi. Sviluppate da IBM già negli anni ’90, sono state applicate nel fotovoltaico a partire dal 2012.
Una delle loro caratteristiche più interessanti è la capacità di assorbire efficacemente la luce in un’ampia gamma di lunghezze d’onda (compresa la luce visibile e quella del vicino infrarosso) anche con strati spessi un centesimo di un capello. Questa proprietà consente alla perovskite di raggiungere straordinari risultati di conversione di potenza nelle celle solari, con un utilizzo di materiale molto limitato, offrendo prestazioni e costi che superano molti materiali fotovoltaici tradizionali.
Inoltre, i materiali di perovskite presentano un’elevata mobilità dei portatori di carica che migliora il trasporto di carica all’interno del materiale, ovvero la conducibilità. Proprietà è fondamentale per ottenere celle solari e altri dispositivi elettronici ad alte prestazioni.
I materiali di perovskite infine possono essere facilmente sintetizzati con tecniche di produzione scalabili e a basso costo, rendendoli alternative economicamente valide alle tecnologie esistenti: possono essere stampati su larga area usando degli inchiostri o depositati con tecniche da vuoto più convenzionali per l’industria fotovoltaica.
La perovskite nel settore dell’energia solare
Ecco quando si legge sul sito del Consiglio Nazionale delle Ricerche (cnr.it):
“Il fotovoltaico a perovskite è al momento la tecnologia solare a più rapido sviluppo grazie alle elevate efficienze di conversione della luce in potenza elettrica ottenute in architettura a giunzione singola. Inoltre, l’elevata efficienza recentemente riportata per le celle solari tandem conferma che la partnership perovskite-silicio ha il potenziale di aumentare l’efficienza oltre il 30% a bassi costi aggiuntivi rispetto alle celle al silicio standard.”
Come abbiamo visto la perovskite ha un enorme potenziale di trasformazione dell’energia luminosa proveniente da fonte solare. L’efficienza delle celle solari di perovskite è aumentata rapidamente, avvicinandosi al 26% in condizioni sperimentali, nonostante si sia solo all’inizio del suo sviluppo.
Efficiente, facile da produrre e a prezzi accessibili, ma anche sottile e incredibilmente flessibile. Grazie alla sua flessibilità, le celle solari di perovskite possono essere incorporate in una molteplicità di applicazioni, tra cui l’elettronica portatile, le tecnologie indossabili e il fotovoltaico integrato negli edifici.
Silicio e perovskite: la prossima generazione di celle fotovoltaiche tandem
I componenti in perovskite possono inoltre essere combinati con le tradizionali celle solari al silicio per produrre moduli solari ibridi molto efficaci ed economici. Ad oggi, alcuni ricercatori hanno dimostrato che l’accoppiamento della perovskite al silicio (le cosiddette celle solari tandem) ha superato il potenziale di ciascun materiale preso da solo, sfruttando le qualità complementari del silicio e della perovskite. Questa strategia ibrida potrebbe essere in grado di portare i pannelli fotovoltaici commerciali a livelli mai visti finora, rendendo la loro applicazione ancora più conveniente in modo da stimolare una sua adozione molto più ampia.
Non solo energia solare: le applicazioni della perovskite
Data la facilità con cui si possono modificare le sue proprietà, il potenziale e le applicazione della Perovskite vanno oltre il settore dell’energia solare. Grazie alla sue eccezionale proprietà ottiche ed elettriche, può essere utilizzata in dispositivi che emettono luce come i diodi luminosi (LED). Purezza dei colori, costi contenuti e capacità di generare luce nell’intero spettro visibile, i LED di perovskite hanno dimostrato prestazioni eccezionali. Inoltre, si rivela un’ottima alternativa per componenti elettronici come transistor, sensori e fotorivelatori. La sua capacità di immagazzinare energia la rende anche una promettente opzione per batterie e supercondensatori.
Sfide di domani: il futuro della perovskite
Nonostante il suo immenso potenziale, la perovskite si trova ad affrontare diverse sfide che devono essere affrontate per la sua commercializzazione su larga scala. Un problema cruciale è la stabilità e la durata dei materiali di perovskite, che sono sensibili all’umidità, all’ossigeno e ai raggi UV.
Concentrata sul miglioramento della stabilità a lungo termine dei dispositivi di perovskite, la ricerca sta comunque ottenendo enormi progressi che di anno in anno ne confermano i vantaggi e la praticabilità .
Inoltre, ci sono preoccupazioni riguardo al potenziale impatto ambientale della produzione e dello smaltimento della perovskite, in particolare a causa della presenza di piombo in alcune formulazioni. È essenziale sviluppare processi di produzione sostenibili e rispettosi dell’ambiente ed esplorare composizioni alternative per attenuare queste preoccupazioni.
La perovskite sta rivoluzionando il settore dell’energia solare e non solo. Il suo potenziale di superare l’efficienza delle tecnologie solari esistenti, combinato con i suoi metodi di fabbricazione a basso costo, posiziona la perovskite come la novità più grande nel settore delle energie rinnovabili. Inoltre, le sue notevoli proprietà ne estendono le applicazioni all’illuminazione, all’elettronica e all’accumulo di energia.
