Silicio

May 16, 2023

Guardando al futuro: Le celle solari tradizionali si basano su un composto semiconduttore di silicio, che è noto per avere un'efficienza massima teorica del 29% nella conversione della luce solare in energia elettrica. Tuttavia, incorporando un secondo strato di perovskite sullo strato di silicio di base, le celle solari hanno il potenziale per superare questa soglia di efficienza nel prossimo futuro.

La perovskite è una classe di composti che condivide la stessa struttura cristallina del minerale ossido di calcio e titanio. Questo materiale altamente flessibile viene utilizzato in una varietà di applicazioni tra cui macchine a ultrasuoni, chip di memoria e celle solari per la produzione di energia. Studi recenti suggeriscono che la perovskite potrebbe essere la “salsa segreta” per spingere l’industria delle celle solari verso nuovi livelli di efficienza nella produzione di energia.

L’attuale tecnologia delle celle solari si sta rapidamente avvicinando al suo livello massimo di efficienza, ma non è ancora all’altezza di ciò che è necessario affinché l’energia solare diventi un fattore di mitigazione significativo contro il riscaldamento globale. Gli scienziati affermano che l’efficienza deve superare il 30% e il tasso di installazione di nuovi pannelli solari deve aumentare di dieci volte rispetto agli attuali livelli di adozione.

Aggiungendo un ulteriore strato di perovskite sopra una base di silicio, entrambi dotati di proprietà semiconduttrici, è possibile aumentare la quantità di energia catturata dalla luce solare. Lo strato di silicio cattura gli elettroni della luce rossa, mentre lo strato di perovskite cattura la luce blu. Una migliore capacità di assorbimento dell’energia porterà a una riduzione del prezzo complessivo dell’energia solare, consentendo così una più rapida diffusione e adozione dei pannelli solari.

Gli scienziati hanno dedicato anni allo sviluppo di un’efficiente tecnologia per celle solari in silicio-perovskite e sembra che il 2023 segnerà una pietra miliare significativa in questo campo. I recenti progressi della ricerca sono riusciti a spingere l’efficienza delle celle tandem silicio-perovskite oltre il 30%. Il ritmo del progresso è così rapido che questa tecnologia dimostrerà presto le sue capacità migliorate nei prodotti disponibili in commercio.

Stefaan De Wolf, professore di scienza dei materiali e ingegneria presso la King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita, ritiene che il 2023 porterà progressi significativi. Il team di De Wolf ha già raggiunto un livello di efficienza del 33,7% in una cella solare in silicio-perovskite, ma il loro lavoro deve ancora essere pubblicato su riviste scientifiche.

Un altro gruppo, guidato da Steve Albrecht presso il Centro Helmholtz di Berlino per i materiali e l’energia in Germania, ha recentemente pubblicato uno studio su una cella tandem silicio-perovskite che può raggiungere efficienze di conversione energetica fino al 32,5%. Un terzo gruppo guidato da Xin Yu Chin presso il Politecnico federale di Losanna, in Svizzera, ha dimostrato un livello di efficienza del 31,25% con celle tandem che hanno "il potenziale sia per un'elevata efficienza che per bassi costi di produzione".

Secondo De Wolf, il superamento della soglia energetica del 30% infonde fiducia nel fatto che "il fotovoltaico ad alte prestazioni e a basso costo può essere immesso sul mercato". La capacità di energia solare ha raggiunto 1,2 terawatt (TW) nel 2022 e deve aumentare fino ad almeno 75 TW entro il 2050 per mitigare gli scenari più catastrofici derivanti dal riscaldamento globale e dai gas serra.

L’industria commerciale sta lavorando attivamente per migliorare l’efficienza delle celle solari. Il più grande produttore cinese (LONGi) ha già raggiunto in laboratorio un'efficienza del 33,5%. Il passo successivo prevede l’aumento delle dimensioni di efficienti celle tandem in silicio-perovskite da condizioni sperimentali (quadrati di 1 cm) a caratteristiche di livello commerciale (quadrati di 15 cm). De Wolf esprime fiducia nel fatto che raggiungeremo questo obiettivo il più presto possibile.