CNR-Nanotec: dal silicio ai perovskiti, l’evoluzione del fotovoltaico

Da pannelli in silicio a vernici fotovoltaiche che possono essere adattate a qualsiasi superficie. Un’evoluzione tenuta grazie a un materiale come la perovskite di alogenuro metallico. Ce ne parla in un’intervista la ricercatrice Silvia Colella del Cnr

Per ottenere l’indipendenza energetica dovremo vivere circondati da specchi? Forse non sarà necessario. Oggi, uno degli strumenti principali utilizzati per migliorare l’efficientamento energetico di case e condomini, ma non solo, è quello dell’utilizzo di pannelli fotovoltaici. In media, un pannello può produrre tra i 200 e i 300 watt di potenza, con alcuni che arrivano intorno ai 450. Tuttavia, l’installazione richiede grandi spazi liberi e, ovviamente, con una buona esposizione al sole per raggiungere una produzione efficiente di energia. Dovremo quindi rassegnarci a vedere campi “sepolti” sotto chilometri di pannelli fotovoltaici? È possibile, al netto di dimensioni contenute, aumentare la potenza o perlomeno l’efficienza dei dispositivi? La risposta arriva dalla ricerca. 

Come ci spiega Silvia Colella, ricercatrice dell’Istituto di nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nanotec), «Le soluzioni del fotovoltaico, cosiddetto di terza generazione, su cui stiamo lavorando sono proprio una soluzione a questa problematica perché prevedono la fabbricazione di pannelli, di moduli fotovoltaici che siano molto meno impattanti sul paesaggio e sul suolo perché non si tratta di moduli rigidi, come possono essere quelli attuali in silicio, ma di vernici fotovoltaiche che possono essere stampate su una qualsiasi superficie. Possono, quindi, essere integrate all’interno di edifici già esistenti». 

CNR-nanotec, vernici fotovoltaiche
Soluzione di precursori della perovskite e dispositivo fotovoltaico fabbricato presso i laboratori del Cnr-Nanotec (credits Francesco Bisconti)

CNR-Nanotech, i nuovi materiali allo studio

Tra le possibili applicazioni, aggiunge la ricercatrice, «si pensa addirittura a delle finestre smart che possano produrre energia. L’idea di questo tipo di fotovoltaico è essere integrato negli edifici esistenti piuttosto che richiedere una quantità di suolo dedicata esclusivamente a quello». I materiali allo studio da parte del Cnr-Nanotec si chiamano perovskiti di alogenuro metallico. «Sono tra i materiali più promettenti e in pochi anni hanno rivoluzionato questo settore, raggiungendo efficienze di conversione della luce solare in energia elettrica maggiori del 25 per cento per dispositivi in scala di laboratorio, superando quelle del silicio policristallino (materiale principale utilizzato nei pannelli fotovoltaici)». 

La particolarità di questi materiali li rende, «quando vengono depositati in forma di film sottile, come una pellicola, una vernice che si può immaginare anche di depositare ad esempio su un foglio flessibile, di plastica». E allo studio ci sono anche altre soluzioni. Ad esempio, si parla di «materiali polimerici, cioè delle plastiche conduttive, che hanno delle efficienze un po’ più basse però possono sempre essere depositati con delle tecniche di stampa. Quando dico stampa intendo proprio a Ink Jet quindi tecniche diffuse di stampa su larga area, anche già esistenti che possono essere convertite o comunque adattate a stampare un tipo di inchiostro diverso rispetto a quello classico».

Possibili applicazioni

Attenzione, però, non immaginatevi di poter realizzare pannelli fotovoltaici con la stampante di casa. Si tratta comunque, ricorda la dottoressa Colella, «di sostanze chimiche che hanno bisogno di essere maneggiate da personale qualificato, però possono essere rese fruibili, nel momento in cui vengono isolate dall’ambiente esterno, anche solo con una pellicola protettiva. Non stiamo parlando di qualcosa che sta in casa. Si tratta sempre di un dispositivo elettronico che ha bisogno di avere delle connessioni elettriche, una struttura di supporto che richiede personale qualificato e anche un trattamento dei materiali idoneo».

Sicuramente, la sfruttabilità di questi materiali è notevole perché potrebbero integrarsi, producendo energia, con qualsiasi superficie purché questa abbia una adeguata esposizione al sole.  «Ci sono anche soluzioni semitrasparenti che possono consentire di integrare queste pellicole, questi dispositivi sulle finestre. Quindi di rendere la finestra conduttiva».

Abbattimento dei costi

Insomma, il futuro sembra quello di orientarsi verso l’utilizzo e l’applicazione di nuovi materiali. Attualmente, invece, sembra non sia possibile aumentare più di tanto l’attuale potenza energetica generata dai pannelli fotovoltaici. Ormai, ci spiega la ricercatrice del CNR, «è più una questione di fruibilità e di abbattimento dei costi di produzione a parità di potenza generata, perché comunque la tecnologia al silicio è una delle più energivore che ci possano essere a livello di produzione». Per trovare modelli più potenti bisogna…lasciare il Pianeta. «Applicazioni a potenze molto elevate sono in genere anche quelle più costose che sono poi quelle dedicate, ad esempio, allo spazio. Ci sono delle celle solari fotovoltaiche che sviluppano una potenza elevatissima, ma  non sono dedicate a delle applicazioni di tipo civile».

spazio e pannelli fotovoltaici
I modelli di celle solari fotovoltaiche dalla potenza più elevata sono dedicati allo spazio

Tecnologia ibrida

Guardando ai prossimi tempi, attualmente ci sono alcune società europee nate come spin-off universitarie che stanno sperimentando le nuove tecnologie e che prevedono la possibilità di ottenere risultati adatti alla commercializzazione entro pochi anni. Non ci sarà, però, una dismissione della tecnologia al silicio. Probabilmente, si tratterà di una coesistenza se non di più. «Si sta lavorando molto sulla tecnologia ibrida tra il silicio, usato nei pannelli fotovoltaici attuali, con questi materiali nuovi per avere una cella fotovoltaica molto più efficiente che sviluppi una potenza più elevata. Questo è un passaggio intermedio rispetto a quel che può essere lo sviluppo di un pannello esclusivamente a base di perovskiti».

In ogni caso, «si tratterà di sistemi che diventeranno complementari rispetto al silicio, così come per tutte le tecnologie green. La transizione energetica – conclude Silvia Colella – dovrebbe essere una sinergia di tutte le tecnologie che abbiamo a disposizione».