Dal Silicio ai Perovskiti: l’evoluzione dei pannelli parte da qui
L’evoluzione tecnologica è una delle principali alleate dell’efficienza dei pannelli fotovoltaici.
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Nel corso degli anni, infatti, le prestazioni degli impianti fotovoltaici sono migliorate sotto diversi fronti accogliendo i numerosi perfezionamenti tecnologici e le varie scoperte scientifiche che ne hanno consentito l’ottimizzazione.
L’attenzione a tutto quello che ruota intorno a questo campo è quindi sempre di elevato interesse.
Riuscire a sfruttare sempre di più l’energia contenuta nei raggi solari consente di aumentare l’indipendenza energetica riducendo le emissioni inquinanti e la dipendenza da risorse che, a differenza del sole, tendono ad esaurirsi.
Ecco quindi che una delle più promettenti innovazioni tecnologiche dei pannelli fotovoltaici sembra essere legata al materiale con cui sono realizzate le celle.
Se fino a oggi si è investito sul silicio, nell’imminente prossimo futuro potremmo contare sulle maggiori capacità dei perovskiti.
- Indice articolo
- Tecnologia dei pannelli fotovoltaici al silicio
- L’innovazione dei Perovskiti
- Sfide nella transizione dai pannelli al silicio ai perovskiti
- Case studies e progetti recenti
Tecnologia dei pannelli fotovoltaici al silicio
Il silicio è un elemento ampiamente disponibile nel nostro pianeta ed è uno dei componenti più utilizzati in diversi settori dell’elettronica e della tecnologia.
Per essere impiegato il silicio deve essere estratto e raffinato in modo da ottenere un grado di purezza adeguato all’impiego che se ne deve fare.
Per quel che riguarda l’utilizzo come semiconduttore nelle celle fotovoltaiche è necessario un alto livello di raffinazione con, di conseguenza, un costo di produzione significativo.
Dal punto di vista prettamente tecnico e tecnologico il silicio è un perfetto semiconduttore in quanto, a seguito delle lavorazioni cui è sottoposto, riesce a controllare ottimamente la variazione della conducibilità elettrica.
Nel settore fotovoltaico ne esistono due tipologie: il silicio monocristallino e quello policristallino dove il primo assicura migliori prestazioni anche in presenza di radiazioni solari a bassa intensità ma ha costi più alti, mentre il secondo è più economico e più tollerante alle alte temperature ma meno efficiente in condizioni di scarso irraggiamento.
Questa ampia disponibilità unita alle caratteristiche del silicio spiega il perché è stata la scelta dominante nel settore fotovoltaico per tantissimo tempo.
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L’innovazione dei Perovskiti
Una scoperta molto interessante e promettente nel settore del fotovoltaico è quella legata alla perovskite.
Si tratta di un minerale biossido di titanio di calcio che ha una struttura che lo rende un ottimo conduttore.
A differenza del silicio l’utilizzo della perovskite nelle celle dei pannelli fotovoltaici si rivela migliore sotto diversi punti di vista.
Innanzitutto assicura una maggiore capacità di assorbimento della luce e un accumulo di energia più alto.
Inoltre i pannelli in perovskite possono essere realizzati con uno spessore nettamente inferiore rispetto al silicio, prevedendo applicazioni numerose e fino a oggi neanche lontanamente immaginabili.
La ricerca scientifica in merito solleva però anche diverse perplessità.
Per rivelarsi più conveniente il fotovoltaico in perovskite necessiterebbe di un avanzamento in termini di stabilità e scalabilità.
Per arrivare a questi livelli si rivela necessaria un aumento dell’estrazione del minerale in modo da rendere i processi produttivi scalabili, riproducibili su ampia scala e, quindi, convenienti.
Anche la perovskite è molto diffusa e si rivela anche più facile da lavorare rispetto al silicio e permette tassi di efficienza maggiori (anche oltre il 30%) rispetto al silicio.
Ma, come detto, ci sono limiti tecnici e produttivi da superare per poter prevedere di contare diffusamente sull’utilizzo di questo minerale.
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Sfide nella transizione dai pannelli al silicio ai perovskiti
Oltre a quanto già segnalato il passaggio dai pannelli in silicio a quello in perovskite si scontra con diverse difficoltà.
Innanzitutto quelle legate alla stabilità, ma anche quelle legate alla durata.
I pannelli in silicio, infatti, assicurano una longevità di 25 anni, mentre quelli in perovskite non più di 2 anni.
Gli studi condotti in materia mostrano come dopo 24 mesi le celle in perovskite si rovinano per effetto del calore, dell’ossigeno e dell’umidità.
Inoltre c’è anche una questione ecologica: nei pannelli in perovskite sono state individuate, sebbene in piccole quantità, del piombo.
Si tratta di un materiale tossico il cui impatto va analizzato per valutarne il rischio e l’eventuale sostituzione.
Dal punto di vista economico il ciclo produttivo della perovskite è nettamente inferiore rispetto al silicio.
Produrre, utilizzare e smaltire le celle in perovskite è molto più economico, motivo per cui le possibilità del suo utilizzo nel fotovoltaico sono ancora elevate.
Anche le soluzioni ibride mantengono comunque gli stessi pro e contro e la ricerca tecnica, tecnologica e scientifica mira a ridurre gli aspetti negativi in modo da sfruttare tutti i vantaggi della perovskite.
C’è da dire, come accade in questi casi, che la diffusione su larga scala di una tecnologia ne consente il perfezionamento; così come avvenuto nel corso degli anni con il silicio potrebbe avvenire anche per la perovskite (e negli ultimi anni si stanno diffondendo le prime soluzioni), ma è necessario che i pannelli in perovskite assicurino un minimo di convenienza ed efficienza tale da giustificarne il loro impiego.
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Case studies e progetti recenti
Come detto sono diverse le realtà che negli ultimi anni stanno iniziando a utilizzare i pannelli fotovoltaici in perovskite.
Un team ingegneristico che ha visto coinvolte le università di Torno, Toledo e del Northwestern hanno creato una cella solare utilizzando esclusivamente i perovskiti.
Il risultato è un blocco nel quale le unità solari crescono l’una sull’altra con l’ulteriore particolarità di un sottilissimo rivestimento tra lo strato di trasporto degli elettroni e la perovskite che migliora lo spostamento delle cariche.
L’efficienza di conversione ottenuta è del 27.4%.
Un altro progetto molto interessante è quello che si sta portando avanti a Heraklion con i pannelli fotovoltaici in perovskite e grafene più avanzati al mondo realizzati completamente in Italia, che consentono di raggiungere il 18% dell’efficienza di conversione, anche se i tecnici prevedono ampi margini di miglioramento.
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Come abbiamo potuto analizzare ripercorrendo brevemente l’evoluzione della tecnologia dei pannelli fotovoltaici la perovskite rappresenta un potenziale molto interessante per la produzione di energia sostenibile.
Le applicazioni e le implicazioni future potrebbero essere enormi sia in termini di efficienza che di riduzione dei costi, ma ci sono ancora diversi aspetti da perfezionare.
La diffusione dei pannelli in perovskite consentirà di sviluppare soluzioni sempre più efficienti e in grado di garantire una maggiore indipendenza energetica con innumerevoli ripercussioni positive sulla tutela dell’ambiente e la riduzione dell’inquinamento.
Per maggiori informazioni e per richiedere un preventivo gli esperti di FotovoltaicoIN sono pronti ad aiutarti
Redazione
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