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Un materiale che potrebbe rendere economico lo sporco dell'energia solare
Un nuovo tipo di cella solare, realizzata con un materiale notevolmente più economico da ottenere e utilizzare rispetto al silicio, potrebbe generare tanta energia quanto le celle solari di oggi.
Sebbene il potenziale del materiale stia appena iniziando a essere compreso, ha catturato l'attenzione dei principali ricercatori solari del mondo e diverse aziende stanno già lavorando per commercializzarlo.
I ricercatori che sviluppano la tecnologia affermano che potrebbe portare a pannelli solari che costano solo da 10 a 20 centesimi per watt. I pannelli solari ora costano in genere circa 75 centesimi al watt e il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti afferma che 50 centesimi per watt consentiranno all'energia solare di competere con i combustibili fossili.
In passato, i ricercatori del solare sono stati divisi in due campi nella loro ricerca di energia solare più economica. Alcuni hanno cercato celle solari che possono essere realizzate in modo molto economico ma che hanno lo svantaggio di essere relativamente inefficienti. Ultimamente, più ricercatori si sono concentrati sullo sviluppo di celle ad altissima efficienza, anche se richiedono tecniche di produzione più costose.
Il nuovo materiale potrebbe consentire di ottenere il meglio da entrambi i mondi: celle solari altamente efficienti ma anche economiche da realizzare.
Uno dei migliori ricercatori solari al mondo, Martin Green dell'Università del New South Wales, in Australia, afferma che i rapidi progressi sono stati sorprendenti. Le celle solari che utilizzano il materiale possono essere realizzate con una tecnologia molto semplice e potenzialmente molto economica, e l'efficienza sta aumentando notevolmente, afferma.
Le perovskiti sono note da oltre un secolo, ma nessuno ha pensato di provarle nelle celle solari fino a tempi relativamente recenti. Il particolare materiale utilizzato dai ricercatori è molto efficace nell'assorbire la luce. Mentre i tradizionali pannelli solari in silicio utilizzano materiali con uno spessore di circa 180 micrometri, le nuove celle solari utilizzano meno di un micrometro di materiale per catturare la stessa quantità di luce solare. Il pigmento è un semiconduttore che è anche bravo a trasportare la carica elettrica creata quando la luce lo colpisce.
Il materiale è a buon mercato, afferma Michael Grätzel, famoso nell'industria solare per aver inventato un tipo di cella solare che porta il suo nome. Il suo gruppo ha prodotto finora le celle solari perovskite più efficienti: convertono il 15% dell'energia della luce solare in elettricità, molto più di altre celle solari a basso costo. Sulla base delle sue prestazioni finora e delle sue note proprietà di conversione della luce, i ricercatori affermano che la sua efficienza potrebbe facilmente aumentare fino al 20-25 percento, il che è buono quanto le efficienze record (in genere ottenute nei laboratori) dei tipi più comuni di celle solari oggi. L'efficienza delle celle solari prodotte in serie potrebbe essere inferiore. Ma ha senso confrontare le efficienze di laboratorio delle celle di perovskite con le registrazioni di laboratorio per altri materiali. Grätzel afferma che la perovskite nelle celle solari si dimostrerà probabilmente un materiale tollerante che mantiene elevate efficienze nella produzione di massa, poiché i processi di produzione sono semplici.
Le celle solari in perovskite possono essere realizzate stendendo il pigmento su una lastra di vetro o di metallo, insieme ad alcuni altri strati di materiale che facilitano il movimento degli elettroni attraverso la cella. Non sono proprio le celle solari spray che alcune persone hanno immaginato, un ideale fantascientifico per convertire istantaneamente qualsiasi superficie in una che può generare elettricità, ma il processo è così facile che si sta avvicinando. È altamente improbabile che qualcuno sarà mai in grado di acquistare solo un barattolo di 'vernice solare', ma tutti gli strati della cella solare possono essere fabbricati facilmente come dipingere una superficie, afferma Henry Snaith, un fisico dell'Università di Oxford, che , in collaborazione con ricercatori in Asia, ha pubblicato alcune delle migliori efficienze per il nuovo tipo di cella solare.
Quando le perovskiti sono state provate per la prima volta nelle celle solari nel 2009, le efficienze erano basse: convertivano solo circa il 3,5% dell'energia della luce solare in elettricità. Inoltre, le celle non sono durate molto a lungo, poiché un elettrolita liquido ha sciolto la perovskite. I ricercatori hanno avuto appena il tempo di testarli prima che smettessero di funzionare. Ma l'anno scorso un paio di innovazioni tecniche - modi per sostituire un elettrolita liquido con materiali solidi - hanno risolto questi problemi e hanno avviato i ricercatori in una corsa per produrre celle solari sempre più efficienti.
Tra il 2009 e il 2012 c'era un solo documento. Poi, alla fine dell'estate del 2012, tutto è iniziato, dice Snaith. Le efficienze sono rapidamente raddoppiate e poi raddoppiate di nuovo. E si prevede che l'efficienza continuerà a crescere man mano che i ricercatori applicano tecniche che hanno dimostrato di migliorare l'efficienza di altre celle solari.
Snaith sta lavorando per commercializzare la tecnologia attraverso una startup chiamata Oxford Photovoltaics, che ha raccolto 4,4 milioni di dollari. Grätzel, la cui tecnologia originale delle celle solari è ora utilizzata in prodotti di consumo come zaini e custodie per iPad, sta concedendo in licenza la nuova tecnologia ad aziende che hanno l'obiettivo di utilizzare pannelli solari in silicio convenzionali per la produzione di energia solare su larga scala.
Come qualsiasi altro nuovo concorrente nel mercato altamente competitivo dei pannelli solari, le perovskiti avranno difficoltà a sostenere le celle solari al silicio. I costi delle celle solari al silicio stanno diminuendo e alcuni analisti pensano che alla fine potrebbero scendere fino a 25 centesimi per watt, il che eliminerebbe la maggior parte del vantaggio in termini di costi delle perovskiti e ridurrebbe l'incentivo a investire nella nuova tecnologia. Il processo di produzione delle celle solari in perovskite, che può essere semplice come diffondere un liquido su una superficie o comportare la deposizione di vapore, un altro processo di produzione su larga scala, dovrebbe essere facile. Ma storicamente, ci sono voluti oltre un decennio per ampliare le nuove tecnologie di celle solari e tra un decennio le celle solari al silicio potrebbero essere troppo avanti per essere catturate.
Green dice che un'opportunità potrebbe essere quella di utilizzare la perovskite per aumentare piuttosto che sostituire le celle solari al silicio. Potrebbe essere possibile dipingere perovskite su celle solari al silicio convenzionali per migliorarne l'efficienza e quindi ridurre il costo complessivo per watt per le celle solari. Questo potrebbe essere un modo più semplice per entrare nel mercato solare rispetto al tentativo di introdurre un tipo completamente nuovo di cella solare.
Una sfida potrebbe essere il fatto che il materiale include una piccola quantità di piombo, che è tossico. Saranno necessari test per mostrare quanto sia tossico come parte del materiale perovskite. È inoltre possibile adottare misure per garantire che le celle solari vengano raccolte e riciclate per evitare che i materiali vengano dispersi nell'ambiente, l'approccio perseguito ora con le batterie di avviamento al piombo utilizzate nelle automobili. Potrebbe anche essere possibile sostituire lo stagno o qualche altro elemento al piombo nelle celle.