Moduli solari in perovskite a contatto posteriore, economici e scalabili

Realizzate celle solari flessibili a base di perovskite depositata in piccole scanalature di una pellicola plastica. Il design fa a meno di metalli rari e preziosi, è leggero e può essere applicato sulle superfici più disparate

Arrivano dall’Inghilterra e più precisamente dall’Università di Sheffield, nuovi moduli solari in perovskite a contatto posteriore. Unità in cui la tradizionale architettura a sandwich è stata sostituita da un design decisamente più innovativo: un sottile substrato in plastica con microscopiche scanalature impresse e riempite di semiconduttore. Ma per capirne i vantaggi dobbiamo fare qualche passo indietro.

Fotovoltaico in perovskite, la dipendenza dall’Indio

Negli ultimi anni, le celle solari basate su perovskiti ad alogenuri metallici hanno imboccato la strada del progresso accelerato. In pochissimo tempo hanno visto lievitare la loro efficienza di conversione, passata da appena 3,8% a oltre il 26%. E con le prime produzioni pilota in arrivo sul mercato, questa tecnologia rappresenta oggi un potenziale concorrente per le celle solari in silicio. O, nel migliore dei casi – vedi l’architettura tandem – un fidato alleato.

Tuttavia esistono ancora ampi margini di miglioramento, compresi quelli sul fronte produttivo. Nonostante costi di lavorazione dei materiali più bassi rispetto al silicio cristallino, esistono voci di spesa da non trascurare.

Il fotovoltaico in perovskite “classico” impiega un’architettura planare che viene depositata strato per strato su un substrato rivestito di ossido conduttivo trasparente; solitamente a base di ossido di stagno e indio (ITO). Ed è qui che iniziano i problemi.

L’indio è un metallo raro contenuto in solo 12 minerali noti e in basse concentrazioni. Ecco perché in genere viene ottenuto solo come sottoprodotto dell’estrazione di altri materiali, principalmente lo zinco. E’ attualmente valutato a circa 670 $/kg, ma se si dovesse ricorrere all’estrazione diretta – a causa di una domanda in aumento – il prezzo inevitabilmente aumenterebbe.

I moduli solari in perovskite a contatto posteriore

Le celle solari in perovskite a contatti posteriori (back contact) rappresentano un’alternativa valida ai dispositivi con architettura planare e quindi all’impiego dello strato di ITO. 

Per realizzarle gli scienziati dell’Università di Sheffield in collaborazione con la società britannica Power Roll, hanno prodotto una sottile pellicola di plastica con scanalature larghe 1,5 μm impresse sulla superficie. Le pareti di questi microscopici solchi sono state selettivamente rivestite con contatti di tipo n o p. Quindi il team vi ha depositato sopra una soluzione di precursori di perovskite. Al termine della procedura, ogni unità è connessa in serie ai suoi vicini, creando mini moduli costituiti da centinaia di scanalature collegate.

Il professor David Lidzey, della School of Mathematical and Physical Sciences dell’Università di Sheffield e coautore del documento, ha affermato: “Un vantaggio fondamentale di queste pellicole flessibili è che il pannello può essere attaccato su qualsiasi superficie. […] Con questa tecnologia solare leggera, si potrebbe essenzialmente portare il fotovoltaico ovunque. Questo potrebbe cambiare le carte in tavola per l’energia solare nei paesi a basso e medio reddito”.

E una volta ottenuti i nuovi moduli solari in perovskite a contatto posteriore? La fase successiva del lavoro su questo progetto sarà quella di sviluppare ulteriormente l’uso della microscopia a raggi X nella caratterizzazione di questi materiali. Sono previsti nuovi esperimenti quest’estate, presso la Diamond Light Source, per aiutare a comprendere gli aspetti chiave del funzionamento del dispositivo, in particolare la stabilità del dispositivo.

Ma i ricercatori ci tengono a sottolineare che tutti i processi di rivestimento impiegati si basano sulle tecniche di lavorazione roll-to-roll esistenti. Rendendo la tecnologia completamente scalabile e coerente con la produzione di massa a basso costo.

La ricerca è stata pubblicata su pubblicata (testo in inglese) su ACS Applied Energy Materials.