Celle solari in perovskite: il Sol Levante punta forte sull’ultra sottile

Il Giappone investe sulle celle solari in perovskite anziché sul fotovoltaico tradizionale. Il Paese nipponico ha delineato la propria strategia per sfidare l’egemonia solare cinese basata sul silicio, ma anche per centrare gli obiettivi net zero al 2050 e ridurre le importazioni energetiche, oggi al 90%.

Il Paese del Sol Levante punta sul solare sottile. Non è solo un gioco di parole, ma una precisa volontà, incentrata sullo sviluppo commerciale della tecnologia PSC (perovskite solar cell) ideata dal giapponese Tsutomu Miyasaka, oggi professore di ingegneria presso la Toin University di Yokohama. È lui a ricordare, in un recente articolo sul Wall Street Journal che “con le celle di perovskite, i componenti possono essere realizzati a livello nazionale”.

Il Giappone vuole raggiungere la carbon neutrality al 2050 e per questo ha istituito il Green Innovation Fund, fondo da duemila miliardi di yen (corrispondenti a 12 miliardi e 475 milioni di euro circa). Sullo sviluppo delle celle solari di prossima generazione ha stanziato più di 310,5 milioni di euro, fa sapere il Ministero dell’Economia, commercio e industria (METI).

Il Giappone è attualmente tra i principali sviluppatori di celle solari in perovskite, ricorda lo stesso dicastero, avendo raggiunto la più alta efficienza di conversione al mondo.

Celle solari in perovskite: la risposta del Giappone al predominio della Cina

Perché puntare sulla perovskite? Per trovare un’alternativa al monopolio della Repubblica Popolare nell’energia solare. Il predominio della Cina nel fotovoltaico lo spiega bene l’Agenzia internazionale dell’Energia: Pechino ha investito oltre 50 miliardi di dollari in nuova capacità di fornitura fotovoltaica – dieci volte di più dell’Europa – creando più di 300mila posti di lavoro nel settore manifatturiero lungo tutta la catena del valore del fotovoltaico solare dal 2011 a oggi.

Attualmente, la quota della Cina in tutte le fasi di produzione dei pannelli solari supera l’80%: stiamo parlando di wafer, celle e moduli, tra l’altro. “Si tratta di più del doppio della quota cinese della domanda globale di fotovoltaico”. Inoltre, la Cina ospita i dieci principali fornitori mondiali di apparecchiature per la produzione di energia solare fotovoltaica.

Da qui la previsione della IEA: “il mondo farà affidamento quasi completamente sulla Cina per la fornitura di elementi chiave per la produzione di pannelli solari fino al 2025”. Sulla base della capacità produttiva in costruzione, IEA stima che la quota cinese della produzione globale di polisilicio, lingotti e wafer raggiungerà presto quasi il 95%.

Il Giappone sa che la strada del fotovoltaico tradizionale è critica. Per cui ha pensato di puntare su un’alternativa ambiziosa: le celle solari in perovskite. Intende investire su questa tecnologia alternativa anche perché ha le risorse materiali per farlo: è il secondo produttore mondiale di iodio dopo il Cile, rappresentando circa un terzo della produzione globale. Lo iodio è un elemento cruciale nella produzione della perovskite.

Le potenzialità delle PSC

La scelta di virare decisa sulle celle solari in perovskite è dovuta alle opportunità generate dalle potenzialità di impiego. Lo strato di PSC è più di cento volte più sottile e pesa un decimo di una cella solare in silicio tradizionale: può essere installato in luoghi dove i pannelli solari convenzionali non possono. Esempi sono le pareti, le finestre, i tetti degli edifici con carico limitato.

Come ha spiegato in un articolo su Nature Yukihiro Kaneko, general manager Panasonic ed esperto del settore, le perovskiti sono formate da materiali simili all’inchiostro che possono essere stampati finemente su vetro, a volte come compositi trasparenti o colorati.

“Nelle strutture elevate, il piano verticale di un edificio, spesso composto da finestre, può superare di gran lunga l’area disponibile sui tetti per la cattura della luce solare. Se le cellule di perovskite potessero essere incorporate nelle finestre e nei muri, ciò potrebbe aumentare notevolmente l’energia che le aree urbane possono generare”.

Affinché il Giappone possa raggiungere i suoi obiettivi di decarbonizzazione utilizzando gli attuali impianti fotovoltaici al silicio, lo stesso Kaneko afferma che sarebbe necessario costruire più di 1.300 progetti solari delle dimensioni di un campo sportivo ogni anno. “L’inserimento di celle solari nelle finestre e nei muri dovrebbe ridurre drasticamente l’espansione dei parchi solari”.

I benefici potrebbero essere sensibili, anche in termini ambientali. Le celle solari alla perovskite richiedono basse temperature di lavorazione (comprese tra 100 °C e 200 °C); tanto per fare un confronto, il processo per produrre silicio ad elevata purezza per celle solari dalla quarzite avviene a più di 1.000 °C.

Restano le criticità da risolvere per arrivare quanto prima alla scalabilità commerciale. Oltre alla fattibilità e ai costi, oggi decisamente superiori al silicio, uno dei limiti più significativi riguarda la particolare vulnerabilità delle perovskiti all’umidità.

Le sperimentazioni in Giappone

In ogni caso realtà come Panasonic stanno lavorando per risolvere queste complessità. La sfida ora è rendere la tecnologia pronta per essere portata sul mercato. Il general manager Panasonic spera di avere materiali dimostrativi su larga scala pronti per il 2025 e di raggiungere una scala commerciale entro i cinque anni successivi.

Intanto, altre realtà in Giappone stanno lavorando al progresso della stessa tecnologia: la società giapponese specializzata in PSC Sekisui Chemical ha fatto sapere di aver montato lo scorso autunno per la prima volta in Giappone celle solari in perovskite in film sottili nell’edificio della propria sede centrale di Osaka. Si tratta di una installazione permanente ed è un intervento sperimentale sulla base di una ricerca interna, intanto però è già un passo importante.

Un’altra realtà nipponica, EneCoat Technologies, insieme a Toyota ha avviato dallo scorso anno lo sviluppo congiunto di celle solari in perovskite per applicazioni automobilistiche. Sempre nel 2023, insieme al governo metropolitano di Tokyo ha annunciato di aver avviato le operazioni di verifica dei terminali dei sensori di CO2 IoT dotati di PSC.

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