Vernici a perovskite per migliorare l’efficienza delle celle solari

Una tecnologia fotovoltaica innovativa, flessibile, economica e sostenibile grazie alle vernici a perovskite ibrida. È la rivoluzionaria ricerca, recentemente pubblicata nella prestigiosa rivista Science Advances, condotta dal gruppo Pvsquared2 coordinato dalla professoressa Giulia Grancini dell’università di Pavia in collaborazione con l’università di Dresda.

L’approccio innovativo della doppia modifica interfacciale consiste nell’uso combinato di cationi organici per migliorare la morfologia dello strato a perovskite  riducendo la densità di difetti superficiale dei cristalli, portando così a dispositivi efficienti, stabili e raggiungendo un’efficienza di conversione del 23,7%. Questi risultati indicano un interessante e nuovo approccio nella fabbricazione delle celle a perovskite che viene implementato nella cosiddetta architettura invertita, che può avere un importante impatto e interesse industriale.

Professoressa Grancini, quali sono la configurazione, il processo di realizzazione e i vantaggi che offre la vostra tecnologia rispetto ad altri materiali?

Si tratta di una tecnologia innovativa, basata su semiconduttori – le perovskiti – materiali processabili da soluzione sotto forma di inchiostri o vernici spalmabili sui substrati conduttivi. Le proprietà che li rende estremamente interessanti sono il basso costo, la facilità di utilizzo e la maggiore convenienza in termini di contenuto energetico associato alla loro deposizione che non coinvolge meccanismi di cottura in fornace ad alte temperature. Riducendo così il consumo di CO2 associato alla loro produzione.

La struttura del dispositivo si presenta come un sandwich in cui la perovskite è interfacciata a due strati depositati su un substrato di vetro o di plastica conduttivi. Ciò permette di estrarre facilmente la corrente aprendo nuove opportunità nell’elettronica flessibile. Unitamente a queste caratteristiche, la perovskite mostra il vantaggio di avere proprietà ottiche ed elettroniche molto interessanti che permettono di variarne il colore. Questa peculiarità di può ottenere variando in modo molto semplice la struttura del materiale con la possibilità di offrire diverse applicazioni per il fotovoltaico integrato, colorato, semitrasparente, oltre che flessibile. Un fotovoltaico soprattutto innovativo e moderno.

Considerando lo stato dell’arte, quali caratteristiche innovative garantisce la tecnologia che avete sviluppato?

Senza dubbio la sostenibilità nella produzione. Si tratta di una tecnologia molto meno energivora che richiede basse temperature di deposizione (sotto i 100°C) e a basso consumo di CO2. Questo si traduce in un energy payback time stimato di soli due mesi, ovvero il tempo di utilizzo della cella per generare una quantità di energia pari a quella usata per la sua produzione. Garantisce quindi ottimi feedback rispetto alle tecnologie esistenti. Un altro vantaggio è l’economicità delle materie prime: si noti che le celle a perovskite hanno uno spessore 1.000 volte più sottile rispetto a quelle celle tradizionali a silicio, il che equivale a meno materiale e si traduce in una maggiore sostenibilità.

Quali sono i valori di efficienza stimata a confronto con le attuali tecnologie energivore e come rendere questa innovazione alla portata di tutti nel mercato del fotovoltaico del futuro?

Ad oggi, le efficienze su scale di laboratorio si aggirano attorno al 23-25%, in relazione alla configurazione. Tale valore ovviamente si riduce aumentando l’area a un 15-20% su scala di moduli. L’efficienza non rappresenta il vero problema: la criticità maggiore per entrare sul mercato è la durabilità delle celle, cioè il tempo di vita, su cui le ricerche sono ancora in fase di ottimizzazione. Tale criticità è dovuta al fatto che le vernici a perovskite si possono degradare se esposte all’acqua. È quindi necessario uno studio approfondito, anche dal punto di vista ingegneristico. Sarà questo il tema centrale del progetto Erc Hynano che attualmente sto sviluppando all’università Pavia, progetto Europeo con un finanziamento di 1,5 milioni di euro che verte proprio sulla realizzazione di perovskiti stabili mediante opportuna ingegnerizzazione delle interfacce del dispositivo.