Una produzione ad alta velocità potrebbe aumentare la commercializzazione dei pannelli fotovoltaici a base di perovskite: è l’obiettivo di un team di scienziati dell’Università di Stanford che, utilizzando una particolare tecnica di lavorazione, è stato in grado di produrre 12 metri di pellicola di perovskite al minuto, circa quattro volte più velocemente di quanto sia necessario per produrre una cella fotovoltaica di silicio.

TAKEAWAY

• Tra i primi studi sulle celle fotovoltaiche che sfruttano le caratteristiche della perovskite, quello del 2013, pubblicato sulla rivista Science, che mise in evidenza come, grazie a semiconduttori policristallini con struttura di perovskite, è possibile creare celle solari con un rendimento superiore a quelle attuali del 15%.
• Negli anni, però, è emerso un problema, che ha a che vedere con l’instabilità propria della perovskite, che ne rende complessa e lenta la lavorazione e, di conseguenza, difficile la produzione su larga scala delle celle fotovoltaiche con questo materiale.
• Per affrontare la sfida della produzione su larga scala di film sottili di perovskite, i ricercatori dell’Università di Stanfordhanno implementato una tecnologia chiamata “lavorazione al plasma a spruzzo rapido”.
• Utilizzando il processo di spruzzatura rapida, il team di Stanford è stato in grado di produrre 12 metri di pellicola di perovskite al minuto, circa quattro volte più velocemente di quanto sia necessario per produrre una cella fotovoltaica di silicio.

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Di celle fotovoltaiche – o celle solari – che sfruttano le caratteristiche della perovskite, nel settore Energy si parla già da diversi anni. L’attività di ricerca, in questo ambito, punta, in particolare, allo sviluppo di materiali più economici (e dal rendimento superiore) rispetto al silicio per gli impianti fotovoltaici.

E la perovskite, dalla struttura particolare, cristallina, e dalle diverse proprietà chimiche, risulta essere un ottimo conduttore, oltre a possedere una grande capacità di assorbire la luce.

Tra i primi studi in materia, quello del 2013, pubblicato sulla rivista Science, realizzato da una ricercatrice del Center for nano science and technology (Cnst) dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Milano e da un ricercatore dell’Università di Oxford, i quali scoprirono come, grazie a semiconduttori policristallini con struttura di perovskite, è possibile creare celle solari con un rendimento superiore a quelle attuali del 15%.

Negli anni, però, è emerso un problema, che ha a che vedere con l’instabilità propria della perovskite, che ne rende complessa e lenta la lavorazione e, di conseguenza, difficile la produzione su larga scala di celle fotovoltaiche che sfruttano questo materiale.

Un recente studio a cura di un team di scienziati dell’Università di Stanford, pubblicato lo scorso 25 novembre sulla rivista Joule, ha scoperto un metodo molto rapido per produrre celle fotovoltaiche di perovskite stabili e assemblarle in pannelli solari. Vediamo come.

Celle solari e perovskite: dall’Università di Stanford la tecnica di lavorazione al plasma a spruzzo rapido

Per affrontare la sfida della produzione su larga scala di film sottili di perovskite, i ricercatori hanno implementato una tecnologia da loro inventata e brevettata, chiamata “lavorazione al plasma a spruzzo rapido”.

Tale tecnologia utilizza un dispositivo robotico provvisto di due ugelli: un ugello spruzza una soluzione liquida di precursori chimici della perovskite su una lastra di vetro, mentre l’altro rilascia una raffica di gas ionizzato altamente reattivo, noto come “plasma“.

“Mentre la lavorazione convenzionale richiede di cuocere la soluzione di perovskite per circa mezz’ora, il nostro metodo innovativo consiste nell’utilizzare una fonte di plasma ad alta energia, per convertire rapidamente, e in un unico passaggio, la perovskite liquida in una cella solare a film sottile“

spiega Nick Rolston, tra gli autori della ricerca. Utilizzando il processo di spruzzatura rapida, il team di Stanford è stato in grado di produrre 12 metri di pellicola di perovskite al minuto, circa quattro volte più velocemente di quanto sia necessario per produrre una cella fotovoltaica di silicio.

Oltre a un tasso di produzione record, le celle fotovoltaiche di perovskite appena coniate hanno raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 18 per cento. “Intendiamo rendere questo processo il più applicabile possibile e da acquistare a un costo molto ragionevole” ha aggiunto Rolston.

Celle fotovoltaiche a base di perovskite: il futuro sarà la produzione su scala industriale

Le celle fotovoltaiche di silicio sono generalmente collegate tra loro in moduli incapsulati, per aumentarne la potenza e la resistenza a condizioni meteorologiche avverse. Per competere col silicio, anche i moduli di perovskite dovranno, dunque, essere incapsulati in uno strato resistente alle intemperie, che li protegga dall’umidità per almeno un decennio.

Il team di ricerca sta ora esplorando nuove tecnologie di incapsulamento, per migliorare significativamente la durata, nel tempo, delle celle fotovoltaiche a base di perovskite.

Per riprodurre tali caratteristiche, i produttori di celle solari dovranno essere in grado di costruire moduli stabili ed efficienti per essere commercialmente fattibili.

A tal fine, il team di Stanford ha messo a punto moduli di perovskite che hanno continuato a funzionare con un’efficienza del 15,5% anche dopo essere stati lasciati sullo scaffale per cinque mesi. Infine, i moduli convenzionali di silicio producono elettricità a un costo di circa 5 centesimi per chilowattora. A tale riguardo, Rolston ha osservato:

“Se riusciamo a costruire un modulo di perovskite in grado di durare trent’anni, potremmo portare il costo dell’elettricità al di sotto dei 2 centesimi per chilowattora e, a quel punto, potremmo usare la perovskite per la produzione di energia solare su scala industriale, ad esempio per un parco solare da 100 megawatt“