Fotovoltaico: la ricerca migliora la produzione di celle e fattorie solari

Trovare soluzioni fotovoltaiche efficaci per porre fine alla dipendenza dai combustibili fossili. È l’imperativo che la società chiede alla ricerca scientifica. Fotovoltaico, eolico, idroelettrico, biomasse, devono essere i sistemi energetici del futuro se vogliamo seriamente abbandonare combustibili inquinanti come carbone e petrolio. L’energia solare è la fonte migliore che abbiamo e che possiamo sfruttare, nuove celle e fattorie solari potrebbero essere più efficienti, economicamente sostenibili, ma dobbiamo investire in ricerca e sviluppo. Non a caso negli ultimi anni gli studi si stanno specializzando nei sistemi di “storage”, in materiali alternativi, in metodi chimici che applicati alle fonti rinnovabili, ne aumentano il rendimento. In questa direzione va lo studio effettuato da due ricercatori dell’Università della Virginia, un fisico e un ingegnere chimico, in grado di dimostrare che la rotazione delle molecole di perovskite ibrida organica-inorganica (HOIPs) aumenta di gran lunga l’efficienza della conversione della luce in energia elettrica.

Celle e fattorie solari del futuro a base di Peroskite

Il fisico Seung-Hun Lee e l’ingegnere chimico Joshua Choi, due ricercatori della University of Virginia hanno condotto uno studio approfondito su questo materiale particolare: i composti ibridi di perovskite.  “L’energia solare è la fonte rinnovabile più abbondante che abbiamo – afferma Lee. È una fonte energetica eterna e realizzare tecnologie solari economiche è essenziale per garantire un futuro al genere umano sulla Terra”. I composti ibridi organici-inorganici di pirovskite sono molto leggeri, flessibili e poco costosi. Potrebbero essere una delle migliori soluzioni per produrre nuove celle e fattorie solari ma sono ancora poco stabili. In una cella solare tradizionale, la luce eccita gli elettroni, ed è proprio questa forma di eccitamento che alimenta le nostre case, i nostri dispositivi o qualunque altra cosa sia collegata alla cella solare. Gli elettroni contenuti sistemi HOIPs si degradano velocemente, soprattutto se esposti a temperature variabili. Questa condizione ne rende difficile l’applicazione all’interno delle celle solari. I due ricercatori hanno dimostrato che ruotando le molecole HOIPs gli elettroni rimangono per più tempo nello stato di eccitazione producendo più energia. La scoperta dei due ricercatori, pubblicata sulla rivista specializzata “Proceedings of National Academies of Sciences”, potrebbe essere la svolta necessaria agli HOIPs per produrre energia in modo più efficiente. “La strada è ancora lunga – afferma Lee – è necessario continuare ad investire nella ricerca. Dobbiamo trovare il modo per massimizzare l’effetto di queste rotazioni molecolari e garantire agli elettroni una vita di più lunga prima di degenerare”.

Il futuro del fotovoltaico è di perovskite?

La perovskite non è una novità assoluta quando si parla di fotovoltaico, questo materiale è conosciuto da più di un secolo ma solo nel 2009 si è applicata alla celle solari. La sua composizione chimica le permette una maggiore capacità di assorbimento della luce rispetto al silicio. Grazie alla sua particolare composizione le cariche generate dalla luce catturata dal pannello viaggiano a distanze maggiori di un micrometro. Questa caratteristica garantisce la permanenza della carica per più tempo all’interno del pannello fonoassorbente e, dunque, un maggior accumulo di energia. Se gli studi dovessero confermare quanto scoperto dai due ricercatori gli HOIPs aprirebbero la strada alla produzione di celle e fattorie solari contraddistinte da elevata efficienza. La perovskite attualmente è una valida alternativa alla celle solari tradizionali in silicio, è più economica e garantisce un’efficienza di conversione della luce solare che supera il 22%. L’unico problema è legato alla stabilità di queste celle ma, prima lo studio del Politecnico di Losanna (cella solare ibrida 2D/3D di fotovoltaico in perovskite) ed ora lo studio dell’Università della Virginia, dimostrano che siamo sulla giusta strada per affermare la diffusione di queste nuove celle solari su larga scala.

Celle e fattorie solari potrebbero davvero essere prodotte in grandi quantità a prezzi molto più vantaggiosi. La perovskite infatti si ottiene con una semplice reazione chimica ad una temperatura di 75°; le celle di silicio invece richiedono temperature superiori ai 1000° e l’impiego di composti chimici tossici. Chissà quanto avrebbero risparmiato la società ucraina Rodina Energy Group Ltd. e la società tedesca Enerparc AG per realizzare la fattoria solare di Chernobyl se invece di utilizzare celle al silicio, avessero previsto l’utilizzo di celle in perovskite. O ancora chissà se Google avrebbe puntato più sul fotovoltaico per centrare il suo obiettivo 100% rinnovabile entro il 2017 se la tecnologia fotovoltaica a base di perovskite fosse più matura. La ricerca è la strada da seguire se vogliamo decarbonizzare il nostro futuro, i grandi investitori non aspettano altro che qualcuno indichi loro la strada da seguire. Occorrono tempo, risorse e ricerca della perfezione, ma il futuro dell’energia green è nelle nostri mani.