Fotovoltaico a perovskite: prossima realtà, con l’Italia protagonista

Per l’avvento commerciale del fotovoltaico a perovskite non manca molto. È vero: negli ultimi anni spesso si sono susseguiti annunci promettenti, insieme ai nuovi record di efficienza di conversione. Ma i segnali giunti dal mercato fanno comprendere che ci siamo davvero.

«Le roadmap industriali segnano il 2028. Sono convinto anch’io che, a partire da quell’anno, cominceremo a vedere una quantità non trascurabile di perovskite in commercio, quanto meno, all’inizio, nell’ambito utility-scale». Ad affermarlo è uno dei pionieri di livello mondiale nel campo delle perovskiti applicate al fotovoltaico: Aldo Di Carlo, direttore dell’Istituto di Struttura della Materia (ISM) del CNR, docente al Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Università di Roma “Tor Vergata” nonché fondatore del centro di ricerca CHOSE di Roma Tor Vergata nei cui laboratori sono stati realizzati nel 2013 i primi moduli a perovskite al mondo.

Lo stesso esperto illustra le tecnologie allo studio e i progressi in atto, prefigurando un ruolo per l’Europa e per l’Italia in grado di essere competitivo e di garantire indipendenza e sicurezza energetica.

Fotovoltaico a perovskite: interesse ed evoluzione

L’interesse sul fotovoltaico a perovskite è globale. In Cina sono oltre 100 le aziende cinesi impegnate sulle celle solari a perovskite, in un’autentica corsa contro il tempo per giungere sul mercato, cui si aggiungono anche nomi del calibro di CATL e BYD, segnala Nikkei Asia.

La stessa agenzia ha fatto sapere che il produttore di apparecchiature di precisione avanzate Maxwell Technologies intende investire oltre mezzo miliardo di dollari nella costruzione di un impianto dedicato alla produzione di celle solari a perovskite. Si parla di linee pilota da 1 GW, tanto per comprendere la forza che può esprimere il Paese sul fotovoltaico.

Questa rapida evoluzione non metterà da parte il silicio, tutt’altro. Se gli standard industriali indicano il 2028 come orizzonte realistico per volumi non trascurabili per il fotovoltaico a perovskite, occorre anche considerare il rientro degli investimenti sul silicio, specie quelli su TOPCon, impone una transizione graduale. In ogni caso le perovskiti arriveranno, promettendo un salto in avanti in termini di efficienza di conversione:

«la roadmap del fotovoltaico prevede a partire dal 2028, l’introduzione sul mercato delle celle tandem perovskite/silicio, con un salto di efficienza non trascurabile. Si passerà già nei primi moduli al 27-28% a livello, ma l’obiettivo è andare oltre il 30%, in un graduale aumento di efficienza», segnala Di Carlo.

Trend tecnologici e ruolo dell’Europa

Resta da capire quale sarà la tecnologia che prenderà piede: «come prima applicazione, mi aspetto appunto la soluzione tandem, su 2 o 4 terminali è presto per dirlo. In futuro vedremo anche pannelli solari in perovskite-perovskite», aggiunge il direttore ISM-CNR, prevedendo l’apertura di opportunità alternative, come per esempio le celle solari tandem perovskite/CIGS.

Il punto fondamentale, ravvisato dallo stesso docente ed esperto è il ruolo del fotovoltaico in perovskite dal punto di vista strategico in cui l’Europa si può ritagliare un ruolo importante: «puntare sulla perovskite ci permetterà di essere indipendenti dai fornitori cinesi di wafer di silicio».

Perché la perovskite potrebbe davvero essere l’elemento che potrebbe dare indipendenza e quindi garantire anche l’Europa di dire la sua nel campo del fotovoltaico?

«Le perovskiti sono materiali che possiamo gestire: si tratta di composti ibridi organici-inorganici associati a un’industria chimica che è viva in Europa. Dunque la parte di fornitura della catena di approvvigionamento sarebbe garantita, permettendo di essere competitivi con la Cina e di avere una prospettiva realistica anche per quanto riguarda la sicurezza energetica, potendo contare su una filiera completa».

Fotovoltaico a perovskite: una storia recente

La storia del fotovoltaico a perovskite è relativamente recente. «I primi risultati applicativi che legano le perovskiti al fotovoltaico risalgono al 2008». Col 2012 si fa risalire il primo “salto in avanti” con una serie di articoli mirati a dimostrare la perovskite quale nuova classe di fotovoltaico, indipendente rispetto alle DSSC (Dye Sensitized Solar Cell) su cui Di Carlo e altri ricercatori lavoravano al CHOSE.

«Nel 2013 siamo giunti a realizzare il primo modulo, dimostrando la possibilità di un suo sviluppo industriale». L’Europa, dopo l’invenzione e la scoperta del professor Tsutomu Miyasaka in Giappone (considerato il padre delle celle solari a perovskite) e anche il supporto dato dal professor Nam-Gyu Park, in Corea, si è creata una posizione di leader nello studio sulle perovskiti, anche grazie a Henry James Snaith e a Michael Grätzel.

Negli anni successivi si è lavorato alla definizione delle architetture promettenti, stabilizzando nel frattempo le perovskiti e giungendo oggi a una tecnologia matura per il prossimo salto commerciale.

La posizione dell’Italia

Detto del contesto europeo e della realizzazione pionieristica al CHOSE, l’Italia può contare su una filiera indipendente e competitiva per lo sviluppo del fotovoltaico a perovskite?

«Dal punto di vista anche industriale, ho trovato un terreno molto fertile». Gli esempi industriali non mancano, a partire da 3SUN. La gigafactory del gruppo Enel nonché la realtà più grande nel continente europeo per la produzione di moduli fotovoltaici, sta lavorando a una struttura tandem che combina eterogiunzione e perovskite.

C’è poi SunXT, realtà nata da FuturaSun (dall’esperienza della start-up deep-tech Solertix, fondata da un team di ricerca cui ha collaborato Francesco di Giacomo e lo stesso Di Carlo) e da Eniverse, corporate venture builder di Eni, per sviluppare congiuntamente i pannelli fotovoltaici tandem perovskite-silicio.

Lo scorso aprile, New Time ha annunciato di voler investire 20 milioni di euro per andare dal laboratorio alla produzione entro 36 mesi.

C’è poi da segnalare il progetto che coinvolge l’azienda svedese Midsummer, produttrice di celle e moduli fotovoltaici a film sottile con tecnologia CIGS, il cui sito produttivo, a Bari (dove si trova anche il suo centro di R&D) il più grande impianto europeo per la produzione di celle solari a film sottile. A partire da quest’anno la società è coinvolta in un progetto nazionale, FISA, per sviluppare la ricerca sulla tecnologia perovskite CIGS. «Il panorama italiano è decisamente dinamico e pone il nostro come Paese di riferimento europeo per quanto riguarda il fotovoltaico innovativo», sottolinea Di Carlo.

Dall’utility scale al fotovoltaico integrato in edilizia

Quali saranno gli ambiti applicativi del fotovoltaico a perovskite?

«Innanzitutto l’utility scale, è l’ambito di più forte interesse e che giustifica gli investimenti. Qui, mi immagino che sia possibile traguardare i 300 watt/mq. La perovskite, inoltre, permette di realizzare in modo molto efficiente, moduli semitrasparenti. Questo apre a potenzialità interessanti per applicazioni architettoniche, come il fotovoltaico integrato in edilizia o l’agrivoltaico». C’è poi un altro campo applicativo interessante: la space economy.

Le potenzialità di sviluppo applicativo sono, quindi, fonte di interesse.

«Servirebbe, però, uno stimolo dal punto di vista degli investimenti in ambito europeo per sostenere le innovazioni e la loro prima implementazione industriale. La possibilità di un importante progetto di comune interesse europeo (IPCEI) dedicato al fotovoltaico a perovskite sarebbe fortemente auspicabile», conclude Di Carlo.

FAQ Fotovoltaico a perovskite

Cosa si intende con fotovoltaico a perovskite?

Le perovskiti sono una classe di materiali semiconduttori molto promettenti che potrebbero consentire di produrre pannelli solari leggeri, flessibili e più economici. Possono essere combinate con tecnologie tradizionali come il silicio, ma sono anche studiate come tecnologia a se stante.

Le celle solari a perovskite contengono uno strato attivo di perovskite che può essere depositato come film sottile utilizzando processi compatibili con la tecnologia sheet-to-sheet o roll-to-roll basati su soluzioni, il che le rende molto interessanti dal punto di vista finanziario poiché la lavorazione è facilmente scalabile e automatizzabile.

Quale evoluzione si prevede per le celle tandem perovskite/silicio?

Le celle solari tandem perovskite/silicio possiedono proprietà meccaniche simili a quelle delle celle solari a giunzione singola in silicio e pertanto saranno utilizzate prevalentemente per applicazioni solari tradizionali, tra cui impianti fotovoltaici e tetti residenziali. Secondo IDTechEx, con il progressivo esaurimento delle tecnologie solari di prima generazione intorno al 2030 e negli anni successivi, è probabile che si assisterà a un aumento dell’adozione delle celle solari tandem perovskite/silicio, soprattutto grazie alla riduzione dei costi derivante dalle economie di scala. Le attuali previsioni di prezzo indicano che i moduli solari tandem perovskite/silicio avranno un prezzo paragonabile a quello delle celle solari a giunzione singola in silicio entro il 2035.

Che mercato si prevede si svilupperà per il fotovoltaico a perovskite?

Il mercato globale del fotovoltaico a perovskite è destinato a raggiungere quasi 12 miliardi di dollari entro il 2035, con un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 39% dal 2025 al 2035.

Consiglia questo approfondimento ai tuoi amici

Commenta questo approfondimento