Il fotovoltaico (PV) è una delle tecnologie chiave per la fornitura di energia basata sulle energie rinnovabili. Oltre al fotovoltaico a base di silicio che attualmente domina il mercato, ci sono altri materiali, come perovskite, che mostrano un grande potenziale.
I ricercatori stanno testando questi nuovi tipi di celle solari. Molto innovativo è un nuovo processo per fabbricare celle solari utilizzando metodi sostenibili e più risorse poco impattanti sull’ambiente. Anche l’odierno numero di fasi di produzione può essere drasticamente ridotto invertendo il processo produttivo. Innovativa è la stampa in sito di celle fotovoltaiche in perovskite sviluppata dall’Istituto Fraunhofer per i sistemi di energia solare ISE, raggiungendo anche un’efficienza record del 12,6%.
Oggi celle solari al silicio dominano il mercato fotovoltaico globale. Sono prodotte con numerose fasi di lavorazione a partire dalla sintesi del materiale fotoattivo fino alla fabbricazione delle celle solari singole che poi vengono interconnesse e incapsulate in un pannello fotovoltaico commerciale. Partendo dalla perovskite al posto del silicio, il gruppo di ricerca condotto da Andreas Hinsch a Fraunhofer ISE si è fatto la domanda: perché non possiamo invertire il processo di produzione in modo da approntare prima il pannello solare e successivamente riempirlo con il materiale fotovoltaico attivo basato sulla perovskite unitamente ad sale fotoattivo. I tecnici sono riusciti per la prima volta a stampare sul supporto in vetro del pannello una cella solare stampata con una efficienza del 12,6%. Secondo Hinsch «con questo risultato abbiamo raggiunto una prima, importante pietra miliare nel ridefinire questa tecnologia e spostarla verso la produzione industriale». L’efficienza di laboratorio certificata che è stata raggiunta è anche un nuovo record per le celle solari stampate in generale.
Ora, la sfida è quella di portare quanto fatto a livello di laboratorio su scala industriale, sviluppando strati di elettrodi nanoporosi stampabili per la deposizione interna e l’accoppiamento dei cristalli perovskite, ottimizzando l’omogeneità del processo e migliorare ulteriormente l’efficienza di processo e di rendimento energetico. Le procedure di stampa serigrafica degli strati degli elettrodi e l’attivazione della perovskite hanno uno spessore singolo inferiore al micrometro.
Decisivo per l’efficienza delle celle solari è la precisione del processo di deposizione della perovskite all’interno dell’elettrodo nanoporoso composto da ossidi di metallo e grafite micronizzata. I ricercatori del Fraunhofer hanno utilizzato un nuovo metodo: mentre i processi fino ad oggi impiegati portavano alla crescita incontrollata di cristallo di perovskite, i ricercatori di Hinsch hanno trovato un modo per convertire la perovskite in un sale fuso a temperatura ambiente con un gas polarizzato, utilizzandolo per riempire i pori dell’elettrodo. Il desorbimento finale del gas aumenta notevolmente il punto di fusione e porta alla cristallizzazione. Il risultato è un processo di crescita omogeneo. Gli strati fotoattivi fabbricati in questo modo mostrano un’alta fototensione di 1 volt e hanno portato all’efficienza solare stabile certificata del 12,6% per le celle testate in laboratorio con elettrodi di grafite. I ricercatori del Fraunhofer prevedono ulteriori miglioramenti di efficienza per le celle solari perovskite stampate sul pannello, anche perché la perovskite già ha dimostrato le efficienze fino a 22%, oltre a costi decisamente inferiori a quelli del silicio. Le fasi di lavorazione utilizzate per la cella solare stampata in perovskite sono simili a quelle utilizzate nell’industria del vetro, rendendo possibile utilizzare questa nuova tecnologia anchein piccoli impianti produttivi con una semplice dotazione tecnologica. Anche a livello del costo finale, questo è riconducibile essenzialmente al solo supporto in vetro su cui viene stampata la cella solare.
