L'energia arriverà dai cristalli: le prime celle fotovoltaiche di perovskiti

La ricerca di energia elettrica da fonti sostenibili è di vitale importanza, soprattutto per quanto riguarda il loro rinnovamento e la possibilità di essere facilmente accessibili. Le indagini su fonti e strumenti per il loro sfruttamento hanno portato a sviluppare tecnologie innovative e spesso all'avanguardia. Questa volta a primeggiare è l'Italia con la realizzazione di pannelli fotovoltaici  in uno stadio molto avanzato, tale da consentire in un futuro prossimo la creazione di applicazioni e prodotti sino ad oggi solo immaginati. La firma italiana porta il nome del "Polo Solare Organico-Regione Lazio", meglio conosciuto come CHOSE, e riguarda la prima reale cella fotovoltaica fatta con perovskiti.

(Perovskite, minerale - Foto: Eco Tech)

La pervoskite è un minerale dalla struttura cristallina costituita da un ossido doppio di Calcio (Ca) e Titanio (Ti): la sua formula chimica è  CaTiO3. Conosciuto da oltre un secolo, i ricercatori hanno iniziato a pensarlo come materiale utile agli scopi solo recentemente, considerandolo come concorrente dei combustibili fossili dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e come strumento per la realizzazione di celle solari semplici, efficienti  ed economiche  dall'Università del New South Wales in Austria. Tuttavia, soltanto adesso e nei laboratori del CHOOSE  sono state sfruttate concretamente le sue proprietà. Infatti la perovskite ha una struttura particolare, tale da renderla capace di ospitare un ampio spettro di elementi. Ha, quindi, una grande varietà di proprietà fisiche e un'elevata variabilità chimica.  

(costruzione di un modulo solare di perovskite - Foto: CHOSE)

Il primo modulo fotovoltaico sfrutta la grande capacità, dovuta alla sua struttura, del minerale di assorbire la luce: una volta catturata, resta per un periodo molto lungo e questo garantisce un elevato accumulo di energia. Si aprono così  le porte verso la rivoluzione delle celle, sostenuta dagli ottimi risultati in termini di efficienza nella conversione dell'energia, della riproducibilità del processo di fabbricazione e della stabilità.  Al momento sono di piccole dimensioni, ma gli studi vertono verso moduli reali che superino i 20 centimetri quadri. Qui le celle sono interconnesse e questo porta ad un aumento della produzione della tensione. Seguendo la tipica procedura impiegata dal CHOSE,  le perovskiti ibride, sottoforma di inchiostri, vengono stampati come fossero tanti strati utilizzando le tecniche convenzionali. La semplicità di tale tecnica e l'abbondanza dei materiali attivi permettono una riduzione dei costi della produzione dell'energia, ottenendo però un rendimento  maggiore.

(moduli di perovakite - Foto CHOSE)

Realizzata dal team del CHOSE, con la guida di Aldo di Carlo, professore del dipartimento di Ingegneria Elettronica dell'Università di Tor Vergata, e del gruppo di studio di Silvia Licoccia, professoressa del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche sempre di Tor Vergata, la ricerca è stata pubblicata sul Physical Chemistryl Physics, rivista della Royal Society of Chemistry.

(Foto: CHOSE)

Il CHOSE, acronimo di Center for Hybrid and Organic Solar Energy, è sorto nel 2006 con l'unione tra la Regione Lazio e del Dipartimento di ingegneria Elettronica dell'Università di Roma Tor Vergata.  Nei laboratori, che si estendono per oltre mille metri quadri, si svolgono diverse attività di ricerca che vanno da quella di base a quella applicata, fino al trasferimento tecnologico. L' équipe di ricerca conta più di trenta membri tra professori, laureandi, stagisti fino a scienziati tornati in Italia. Centro di ricerca per lo sviluppo delle celle solari di terza generazione basate su materiali organici ed ibridi (organici e inorganici), ha diversi obiettivi tra i quali lo sviluppo della tecnologia organica, il processo di industrializzazione  del fotovoltaico organico e il trasferimento tecnologico per le aziende. Impegnato nel settore dell'energia verde, ha instaurato diverse collaborazioni, non soltanto con vari dipartimenti di Tor Vergata, ma anche con diverse Università e centri di ricerca in Italia e all'estero. 

(Laboratorio all'aperto ESTER, Energia Solare Test Ricerca- Foto: CHOSE)

Grazie ai suoi progressi, il team offre solide basi tecnologiche a imprese attive nel fotovoltaico. Al Polo non solo si fanno sperimentazioni, ma si perfezionano le metodologie al fine di consentire nel tempo la produzione industriale dei pannelli fotovoltaici organici. Il Centro ha ottenuto il record mondiale di efficienza nello sviluppo di un processo alternativo di sinterizzazione del biossido di titanio con il laser a scansione. Ha introdotto nuove metodologie di design dei moduli  anche si grandi aree. In questi laboratori, inoltre, sono stati realizzati i primi pannelli fotovoltaici organici, motivo di vanto per l'intera nazione.

Fonti:
GreenMe
Green Report
QualEnergia
CHOSE

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