Roberta De Carolis Rullo di tamburi per i pannelli solari del futuro: un gruppo di ricerca guidato dal Wuppertal Institute (Germania) ha ottenuto celle solari con il 24% di efficienza, stabilendo il nuovo record del mondo (precedentemente al 20%). Aperte le porte verso la rivoluzione del fotovoltaico
@nevodka/123rf
24% di efficienza per le celle solari di ultima generazione: ecco il nuovo record del mondo raggiunto da un gruppo di ricerca guidato dal Wuppertal Institute (Germania). 4 punti percentuali che fanno ben sperare in pannelli solari ancora più performanti.
Le tecnologie fotovoltaiche consolidate si basano sul silicio e hanno raggiunto la loro fasi finali di ottimizzazione, con poco spazio a enormi miglioramenti in termini di efficienza, nel rapporto tra potenza elettrica prodotta e solare immessa (ovvero quanti Watt di energia elettrica ottenuti per ogni Watt di energia solare incidente).
Naturalmente si può sperare in una riduzione dei costi, che renderebbe l’installazione sempre più conveniente, ma questo implica generalmente sovvenzioni e/o standard ambientali ridotti per la produzione.
L’unica strada per un significativo miglioramento è dunque un cambio di tecnologia, cosa che hanno sperimentato con successo i ricercatori del Wuppertal Institute, i quali hanno usato come materiale di “scambio” del materiale organico.
Nel nostro gruppo, consideriamo anche i materiali organici semiconduttori e semiconduttori di perovskite al posto del silicio – spiega Thomas Riedl, che ha guidato la ricerca – Entrambe le tecnologie hanno mostrato un sviluppo vertiginoso negli ultimi anni e la loro efficienza ora è paragonabile a quella del silicio. Al allo stesso tempo, queste tecnologie richiedono sostanzialmente meno materiale ed energia nella produzione, che le rende più sostenibili con brevi tempi di ammortamento energetico
Il gruppo, però, ha fatto di più, ha combinato le tecnologie.
@ (sx) Cedric Kreusel/Wuppertal Institute; (dx) Selina Olthof/Università di Colonia
Diventa tutto ancora più affascinante se abbini celle solari organiche e perovskite in quella che è chiamato cella tandem – racconta Kai Brinkmann, primo autore del lavoro – Bisogna ricordare che la luce solare è un mix di varie componenti (colori) […] Un limite fondamentale delle celle solari è dovuta alla parte di luce che la cella non assorbe che non converte in energia elettrica. Celle tandem, dove due diverse celle solari lavorano con due zone diverse dello spettro offrono una strada per superare questo problema
La chiave del successo è la cosiddetta ‘interconnessione’ che collega entrambe le celle elettricamente otticamente. IN altre parole le due celle assorbono insieme più luce e ne convertono altrettanta in più, aumentando di conseguenza l’efficienza complessiva.
Per minimizzare le perdite, i ricercatori hanno usato strati ultrasottili di ossido di indio come interconnessione con uno spessore di soli 1,5 nanometri e una deposizione di strati atomici come tecnologia di rivestimento.
Una parte importante del successo è la rete di partner, in particolare delle Università di Colonia, Potsdam, Tubinga, l’Helmholtz Center di Berlino e il Max Planck Institut für Eisenforschung a Düsseldorf, la cui vasta esperienza ha contribuito a rimuovere le criticità sulla strada che alla fine ci hanno portato a celle solari tandem perovskite/organiche con un’efficienza del 24%, nuovo record mondiale per questo tipo di tandem
Il risultato è in laboratorio e un po’ di strada verso l’industrializzazione è ovviamente ancora da percorrere, ma il team non ha intenzione di fermarsi.
All’epoca in cui abbiamo iniziato questo progetto i tandem perovskite/organico erano efficienti solo del 20% circa. Ora siamo a 24 e le simulazioni mostrano che il nostro concept dovrebbe permetterci di raggiungere efficienze anche oltre il 30%
Che, attenzione, non sono fantascienza, ma già esistenti nelle celle solari utilizzate nello spazio come nel drone Marte ‘Ingenuity’, ma difficilmente applicabili sulla Terra a causa dei costi elevati che non rendono la tecnologia sostenibile.
Noi speriamo che il nostro lavoro contribuisca a uno scenario in cui le celle solari siano simili per le alte efficienze ma a una frazione dei costi in modo da essere disponibili per l’uso terrestre
conclude Riedl
Le rinnovabili dovrebbero avere già poche scuse, e la prospettiva è non averne affatto.
Il lavoro è stato finanziato dal programma Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sui semiconduttori di perovskite (SPP 2196) e pubblicato su Nature.
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Fonti: Wuppertal Institute / Nature
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