Ogni volta che dico alle persone che lavoro con le celle solari mi vengono poste le stesse due domande: saranno davvero economici? E puoi prenderne un po '? Mentre la risposta alla seconda domanda è no, la risposta alla prima è molto più positiva. Anno dopo anno, i pannelli solari hanno fatto crollare i prezzi e migliorare l'efficienza con cui possono convertire la luce in energia.

Allo stesso tempo, i costi dei combustibili fossili continuano a salire e nei prossimi anni raggiungeremo il punto in cui i costi si sovrappongono - alcune figure suggeriscono questo potrebbe essere già successo. La questione non è se l'energia solare possa soppiantare i combustibili fossili come il mezzo più economico per produrre energia, ma piuttosto quando.

Mentre questo ha fornito un'enorme spinta all'industria solare, l'eccitazione principale nel settore solare oggi è dovuta a un nuovo tipo di materiale chiamato perovskite. Combinando alcune delle migliori qualità dei materiali più tradizionali, si è dimostrata incredibilmente flessibile - al punto che i ricercatori dell'Università di Sheffield hanno prodotto celle solari perovskite come un liquido spray-on. Allora, cos'è la perovskite, e qual è il brusio attorno ad essa?

Le celle solari, componenti dei pannelli solari che reagiscono alla luce, sono costruite da ciò che è noto come materiali fotovoltaici. Quando la luce colpisce questi materiali, gli elettroni vengono liberati per muoversi attraverso il materiale. Con un'accurata progettazione della struttura di queste celle solari, questi elettroni possono essere raccolti in un flusso di corrente elettrica. Questo è il processo che fornisce la proprietà un po 'magica dei pannelli solari: luce del sole dentro e elettricità.

All'interno di un pannello solare

In linea generale, le celle solari possono essere suddivise in due gruppi distinti: quelli basati su materiali fotovoltaici inorganici, come il silicio o tellururo di cadmioe quelli basati su composti organici specifici, come PCDTBT. Entrambi hanno i loro rispettivi vantaggi e svantaggi.

I materiali inorganici sono già ben collaudati a livello industriale, in grado di convertire la luce in elettricità con un'efficienza superiore al 20% e di creare pannelli solari con una durata superiore a 25 anni. Lo svantaggio è che le materie prime richieste, in particolare con il silicio, possono essere costose.

Le celle solari organiche sono basate su materiali potenzialmente a basso costo e possono persino essere prodotte da una soluzione liquida, che le rende molto veloci ed economiche da produrre. Tuttavia, anche su scala organica, le celle solari organiche lottano per ottenere efficienze superiori al 10%. Ancora più cruciale, i composti organici si decompongono gradualmente sotto la luce, riducendo spesso la durata del pannello nell'ordine di mesi o settimane piuttosto che anni. Di conseguenza questi materiali organici sono stati usati raramente per produrre pannelli solari, poiché a nessuno piace l'idea di dover salire sul tetto per sostituirli ogni sei mesi. Idealmente vogliamo una cella solare con le prestazioni e la stabilità a lungo termine di materiali inorganici con il costo estremamente basso dei materiali organici.

Inserisci Perovskite

Negli ultimi anni la ricerca sull'energia solare ha visto l'emergere di una nuova classe di materiali nota come perovskiti. Questo è un materiale ibrido organico-inorganico, essenzialmente un composto organico con un elemento inorganico attaccato. Perovskite si riferisce al tipo specifico di struttura cristallina, che si presenta naturalmente in alcuni minerali. Questi composti ibridi hanno questa struttura cristallina ma sono anche una combinazione complessa di ammoniaca organica e gruppi metilici con ioduro di piombo inorganico o molecole di cloruro di piombo attaccate.

La ragione per l'entusiasmo che circonda questi materiali è il tasso francamente sconcertante alla quale hanno sviluppato. In precedenza ogni volta che un nuovo materiale è stato scoperto che aveva preso alcuni anni 10-20 di ricerca di raggiungere un tasso di efficienza anche di 10%. celle solari perovskite emersi solo in 2012, ma hanno già totalizzato conversioni di più dell'efficienza di 19%. Questo lampo di sviluppo non ha precedenti nella ricerca solare.

Come materiale ibrido, oltre a vantare buone efficienze come con materiali inorganici, le perovskiti possono anche sfruttare la capacità dei materiali solari organici di essere applicati come soluzione liquida. Questo è ciò che ha sfruttato il gruppo del professor David Lidzey dell'Università di Sheffield, spruzzando la perovskite come rivestimento liquido su un substrato. Ciò consente alle celle solari di essere prodotte a volumi elevati ea basso costo.

Il futuro di Perovskites

Questo significa che tutte le celle solari in futuro si baseranno su perovskiti? E 'troppo presto per dirlo. Anche se hanno molti vantaggi ci sono ancora una serie di sfide da superare.

Ci sono alcune domande riguardo al potenziale impatto ambientale del contenuto di piombo del materiale (anche se sono in corso lavori per rimuovere il requisito per il piombo) e quanto facilmente la produzione può essere scalata a dimensioni commerciali utili. Come con le celle solari organiche, anche la loro stabilità a lungo termine è altamente discutibile e sono particolarmente sensibili all'umidità - alcune gocce d'acqua possono distruggere completamente il materiale.

Quindi la costruzione di un modulo di pannelli solari perovskite in grado di sopravvivere per decenni all'aperto è molto probabilmente ancora lontana, infatti non c'è alcuna garanzia che sia persino possibile. Ma quello che è certo è che il potenziale delle celle solari di perovskite è sbalorditivo, e se la promessa del materiale può essere realizzata, potrebbe rivoluzionare completamente le capacità dell'energia solare.

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation.
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L'autore

Jon Major è un ricercatore all'Università di Liverpool. I suoi interessi di ricerca includono film sottile, fotovoltaico, semiconduttori e conduttori trasparenti.

Dichiarazione di divulgazione: Jon Major è affiliato al consorzio di ricerca supersolar nazionale SUPERGEN.

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