Le tegole sono un ricordo del passato: Oggi, su un numero sempre maggiore di tetti svizzeri si possono vedere grandi rettangoli neri e blu che convertono la luce solare in elettricit\u00e0. Il colore nero-blu deriva dai cristalli di silicio, poich\u00e9 la maggior parte delle celle solari disponibili oggi si basa su questo materiale semiconduttore. Tuttavia, il silicio non \u00e8 l’unico modo per produrre celle solari – e forse non \u00e8 il migliore.<\/p>\n\n\n\n
Le celle fotovoltaiche basate sul silicio sono oggi cos\u00ec avanzate che stanno raggiungendo i limiti della loro efficienza. Anche se si potrebbero ottenere alcuni punti percentuali in pi\u00f9, il limite superiore teorico per l’efficienza di una singola cella al silicio \u00e8 del 33 percento. In pratica, \u00e8 leggermente inferiore, poich\u00e9 si verificano inevitabilmente piccole perdite di energia durante la costruzione e il funzionamento delle celle.<\/p>\n\n\n\n
La ragione di questa efficienza limitata \u00e8 dovuta alle propriet\u00e0 del materiale del silicio. Il cosiddetto gap di banda del materiale significa che solo i fotoni con una certa energia possono essere convertiti in elettricit\u00e0. Se l’energia del fotone \u00e8 troppo alta, non pu\u00f2 essere completamente ‘utilizzata’ dalla cella solare.<\/p>\n\n\n\n
Due strati sono meglio di uno<\/strong> Se due perovskiti con gap di banda diverso vengono trasformate in celle solari a film sottile e “impilate” l’una sull’altra, il risultato \u00e8 una cosiddetta cella solare tandem. Uno strato di perovskite ‘cattura’ i fotoni ad alta energia, l’altro quelli a bassa energia. In teoria, questo permette di raggiungere un’efficienza fino al 45 percento – significativamente superiore al 33 percento delle celle singole. In alternativa, uno strato di perovskite pu\u00f2 anche essere combinato con uno strato di silicio per creare una cella tandem altamente efficiente.<\/p>\n\n\n\n Tuttavia, Fu e il suo team stanno attualmente ricercando principalmente celle tandem in perovskite pura, anche nell’ambito del progetto di ricerca UE “SuPerTandem”, in cui sono coinvolti in totale 15 istituti di ricerca e aziende leader in Europa. L’obiettivo del progetto \u00e8 quello di sviluppare moduli tandem di perovskite flessibili con un’efficienza superiore al 30 percento, che possano essere prodotti con processi scalabili ed economici. Questo \u00e8 un altro punto di forza delle celle solari in perovskite: “Le celle solari al silicio di solito richiedono monocristalli di silicio di elevata purezza, prodotti ad alte temperature”, spiega Fu. “I film sottili di perovskite, invece, possono essere stampati, vaporizzati o depositati da una soluzione, con una corrispondente bassa impronta di CO2. I piccoli difetti che si verificano nel processo hanno un impatto minimo sulle loro propriet\u00e0 optoelettroniche”<\/p>\n\n\n\n I potenziali vantaggi di progetti come “SuPerTandem” sono enormi, perch\u00e9 maggiore \u00e8 l’efficienza, pi\u00f9 economico sar\u00e0 il sistema solare alla fine della giornata. “La cella in s\u00e9 rappresenta meno del 20 percento del costo di un sistema fotovoltaico”, afferma Fu. “Il restante 80 percento \u00e8 rappresentato dal cablaggio, dagli inverter, dal sistema di controllo e, naturalmente, dalla manodopera necessaria per l’installazione” Se si aumenta l’efficienza delle singole celle, \u00e8 sufficiente un impianto fotovoltaico pi\u00f9 piccolo – e quindi pi\u00f9 economico – per ottenere la stessa produzione di elettricit\u00e0. Le celle a film sottile di perovskite possono anche essere prodotte su pellicole flessibili e leggere, invece che su pesanti lastre di vetro rigide come le celle al silicio. Ci\u00f2 significa che possono essere utilizzate in un maggior numero di luoghi, ad esempio sui tetti delle auto o sugli edifici con una bassa capacit\u00e0 di carico.<\/p>\n\n\n\n Dal laboratorio al tetto Cos’altro dobbiamo fare per garantire che i quadrati neri e blu sul tetto siano presto uniti da film di perovskite rossastra? “Prima di tutto, dobbiamo scalare le celle di perovskite dagli attuali prototipi di pochi centimetri alle dimensioni industriali”, dice Fu. \u00c8 anche importante proteggere efficacemente le celle, ancora un po’ sensibili, dagli effetti del tempo. Il ricercatore dell’Empa \u00e8 ottimista sul fatto che entrambi i risultati saranno raggiunti nei prossimi cinque-dieci anni. “Stiamo facendo buoni progressi e c’\u00e8 molto interesse da parte dell’industria”, dice lo scienziato. “La ricerca lavora sulle celle solari di perovskite solo da poco meno di 15 anni. Dopo tutto, la ricerca sulle celle al silicio \u00e8 in corso da quasi 70 anni”<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Due strati per maggiore efficienza. Le celle solari tandem a base di perovskite possono catturare la luce solare meglio delle celle solari convenzionali in silicio. 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Le celle solari realizzate con altri materiali offrono un modo per aggirare questa limitazione, afferma Fan Fu, ricercatore dell’Empa. Il leader del gruppo del Laboratory for Thin Films and Photovoltaics sta ricercando celle solari altamente efficienti in perovskite. Una cella singola di perovskite da sola non raggiunge un’efficienza superiore, perch\u00e9 la perovskite, in quanto semiconduttore, ha anche un gap di banda limitato. La vera forza di questo materiale innovativo sta nel fatto che questo gap di banda – a differenza del silicio – pu\u00f2 essere controllato variando la composizione del materiale di perovskite.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Questo grande potenziale delle celle solari di perovskite deve ora essere sfruttato. Oltre a “SuPerTandem”, il team di Fan Fu sta lavorando anche a due progetti svizzeri. In un progetto finanziato dalla Fondazione Nazionale Svizzera per la Scienza (SNSF), il team dell’Empa sta lavorando per comprendere meglio le propriet\u00e0 fondamentali e le sfide delle celle solari in perovskite, che contribuiscono alla loro efficienza e stabilit\u00e0. Inoltre, nell’ambito di un progetto con l’Ufficio Federale Svizzero per l’Energia (UFE), sta mettendo immediatamente in pratica le conoscenze acquisite, scalando le celle tandem sviluppate all’Empa.<\/p>\n\n\n\n