Ecco la perovskite, il minerale che renderà più efficienti i pannelli fotovoltaici

Perovskite 
Fino al 40 per cento in più grazie a questo materiale disponibile da tempo ma le cui applicazioni in campo energetico sono state sperimentate solo adesso. Con qualche problema, ma la strada è aperta
4 minuti di lettura
La perovskite sarà presto utilizzata per la realizzazione della prossima generazione di pannelli solari e fotovoltaici, con un'efficienza almeno doppia degli attuali sistemi a silicio. In più, con una flessibilità che potrebbe permettere addirittura di "avvolgere" interi edifici. Attualmente, le celle al silicio sono in grado di trasformare la luce del sole in energia, fino ad una percentuale che arriva al 22-28%, a seconda della purezza (e quindi dei costi) del materiale usato.
La perovskite potrebbe diventare il punto di svolta della tecnologia "green" per la cattura e la trasformazione in energia delle emissioni solari.

Ma cos'è la perovskite? Fu scoperta nel 1939. Il nome perovskite è stato coniato da Gustav Rose nel 1840 in onore del Ministro della Corte Imperiale russa, grande collezionista di minerali, Lev Perovskiy. Si tratta di cristalli opachi di forma cubica trovati nel 1839 da Rose all'interno dei monti Urali. Il materiale ha una struttura particolare, cristallina, costituita da un ossido doppio di Ca e Ti (CaTiO3), tale da poter ospitare una vasta gamma di elementi e dunque mostrare varie proprietà fisiche. Tra queste spicca la peculiarità di essere un ottimo conduttore, che la rende utilizzabile nelle nuove tecnologie relative alle energie rinnovabili.
 
La composizione chimica della perovskite permette una grande capacità di assorbire la luce. Essa fa sì che le cariche generate dalla luce catturata dal pannello viaggino per distanza maggiori di un micrometro, una distanza enorme nel mondo delle nano-tecnologie. Questo consente la permanenza della carica per un tempo superiore all'interno del pannello fonoassorbente e, dunque, un maggior accumulo di energia. Mentre i pannelli solari in silicio, attualmente utilizzati, hanno uno spessore di circa 180 micrometri, le celle solari in perovskite hanno uno spessore di meno di un micrometro. Il tutto può essere impiegato per catturare la stessa quantità di luce solare.  Questo è possibile in quanto le celle in questo materiale possono essere realizzate spargendo il pigmento su una lamina di vetro o metallo, utilizzando pochi altri strati di materiali atti a facilitare il movimento degli elettroni attraverso la cella.

Con la perovskite i costi di produzione potrebbero essere notevolmente inferiori grazie all'abbondanza dei materiali attivi e ad un metodo di fabbricazione più semplice, in quanto avviene a basse temperature ed è estendibile su larga scala. Secondo i ricercatori, addirittura i costi dei pannelli potrebbero scendere a 10-20 centesimi di dollaro per watt. Un bel risparmio rispetto agli attuali 75 centesimi di dollaro a watt. Se la perovskite potesse effettivamente abbattere così tanto i costi di produzione del fotovoltaico, secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti l'energia così prodotta potrebbe competere con quella derivata dai combustibili fossili. Questo comporterebbe un'espansione esponenziale della diffusione delle energie rinnovabili con conseguente impatto positivo sull'ambiente e sulla qualità della vita dell'uomo.
 
I dubbi. La prima volta in cui la perovskite è stata usata per produrre celle solari, nel 2009, l'efficienza del sistema prodotto era bassa e solo il 3,5% di luce veniva convertita in energia elettrica. Inoltre, le celle non duravano a lungo a causa della dissoluzione di questo materiale ad opera degli elettroliti liquidi. Nel 2012 però sono state fatte alcune innovazioni nella tecnologia del solare che hanno permesso la sostituzione degli elettroliti liquidi con materiali solidi. Ciò ha eliminato il problema più grosso nei confronti dell'utilizzo della perovskite e ha dunque spinto molti ricercatori a concentrarsi su essa per creare celle sempre più performanti. La perovskite però ha ancora dei problemi importanti. Recenti studi hanno riscontrato che in questo materiale è presente una piccola quantità di piomboelemento tossico. Pertanto, servono ulteriori ricerche per capire come sostituire definitivamente il piombo con un elemento diverso, e non tossico, nelle celle.
 
Inoltre, negli ultimi anni si è registrato un costante calo del costo del silicio, complici le nuove tecnologie di estrazione e sfruttamento che lo hanno reso molto più facilmente reperibile. Secondo questa tendenza, i pannelli in silicio, che ora costano intorno ai 50 centesimi a watt, potrebbero scendere a 25 centesimi a watt, e anche se il processo produttivo delle nuove celle è semplice, potrebbe volerci un decennio per portarle a livelli di produzione industriali. Per questo il rischio è che le celle in silicio possano essere ancora per lungo tempo competitive con quelle in perovskite.
 
La soluzione. Una soluzione potrebbe essere quella di utilizzare il nuovo materiale in combinato con il silicioabbassando complessivamente il costo dei pannelli. In questo caso si potranno creare pannelli ad altissimo rendimento a costi modici, senza per questo incorrere nei problemi relativi alla presenza di piombo o alla necessità di trovare altri minerali da combinare con la perovskite. In questo senso, i ricercatori della Oxford PV , una società nata dall'Università di Oxford, hanno compiuto un importante passo avanti nel 2018. Rivestendo il silicio con perovskite, hanno raggiunto un'efficienza del 28%, già uguale o superiore a quella dei normali pannelli fotovoltaici in uso. L'azienda ritiene che alla fine si possa raggiungere un'efficienza del 40% o forse più. "Se vogliamo fare in modo che tutta la nuova generazione di energia sia solare fotovoltaica, allora dobbiamo continuare a far scendere i prezzi", ha spiegato alla CNN Henry Snaith, professore di fisica all'Università di Oxford e co-fondatore di Oxford PV. "Un modo per farlo è continuare a incrementare l'efficienza o la potenza di uscita del modulo, ed è qui che entra in gioco la perovskite".

I ricercatori stanno utilizzando una versione sintetica del minerale, realizzata con materiali poco costosi che sono abbondanti nella crosta terrestre, mentre altre società utilizzano ancora il minerale originale. Secondo i ricercatori di Oxford PV, oltre a migliorare l'efficienza solare, i loro composti sintetici funzionano meglio del silicio quando c'è ombra, nelle giornate nuvolose o addirittura anche all'interno degli edifici: sarebbe sufficiente solo un minimo di illuminazione naturale esterna. Le celle formate da perovskite possono essere stampate utilizzando una stampante a getto d'inchiostro e possono essere sottili come carta da parati. "Nei prossimi decenni, i rivestimenti solari interamente in perovskite promettono di aumentare ulteriormente l'efficienza, ridurre il peso e i costi di spedizione delle apparecchiature solari", afferma Varun Sivaram, esperto di energia e autore di "Taming the Sun: Innovations to Harness Solar Energy and Power the Planet ", che ha lavorato con Snaith mentre studiava a Oxford. La perovskite, secondo l'esperto, potrebbe essere spruzzata o avvolta su superfici flessibili. I rivestimenti solari semitrasparenti potrebbero anche essere collocati intorno a interi edifici.

Oxford PV, dal canto suo, intende produrre celle a base di perovskite su silicio all'inizio del prossimo anno in una nuova fabbrica appositamente costruita in Germania. Si stima che i pannelli realizzati con le celle potrebbero far risparmiare ai proprietari di case fino a 1.000 dollari sull'acquisto e l'installazione rispetto ad un sistema solare medio attuale. Un'altra azienda che lavora con la perovskite è la Saule Technologies , con sede a Varsavia, che si è assicurata un finanziamento di 10 milioni di euro (11,7 milioni di dollari) dalla società fotovoltaica polacca Columbus Energy. Il mese scorso, il nuovo stabilimento di Saule Technologies a Varsavia ha iniziato a stampare celle solari in perovskite utilizzando stampanti a getto d'inchiostro. All'inizio del prossimo anno, inizierà a fornire la società di costruzioni svedese Skanska Group, che si appresta ad essere il primo sviluppatore di questa tecnologia applicata alle costruzioni e che vuole installare le celle solari ssulla facciata di un edificio. "È destinato a cambiare le regole del gioco nel settore energetico, perché funziona in ogni condizione di illuminazione", afferma la co-fondatrice di Saule Technologies Olga Malinkiewicz. "È un materiale meraviglioso. Gli architetti lo adoreranno".