Perovskite per l’energia solare: i vantaggi e i record per fotovoltaico e termodinamico

Nel futuro dell’energia solare, la perovskite diventa sempre più protagonista, sia nel fotovoltaico che nel solare termodinamico. Le ultime ricerche confermano questa tendenza

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Perovskite: i vantaggi e i record per fotovoltaico e termodinamico

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La perovskite per l’energia solare può rappresentare davvero il futuro del fotovoltaico e del solare termodinamico. Non è un caso che il suo valore sia stimato in decisa crescita: secondo Reports and Data, a livello globale il valore di mercato del solo comparto delle celle solari in perovskite passerà da 450,1 milioni di dollari nel 2020 a quasi 4 miliardi (3,926 milioni) di dollari entro il 2028, evidenziando un CAGR del 30,8% nel lasso di tempo considerato.

Se nel fotovoltaico è un continuo susseguirsi di record di efficienza, nei sistemi a concentrazione solare il risultato di una ricerca condotta da team spagnoli e statunitensi, cui ha collaborato una ricercatrice italiana, ha messo in luce le capacità di accumulo termochimico, così notevoli da poter cambiare le carte in tavola dell’intero settore.

Perovskite per l’energia solare: protagonista nell’accumulo per il solare termodinamico a concentrazione

Da quanto evidenziato su Cordis, gli scienziati ritengono di aver identificato un materiale che potrebbe rendere sempre disponibile in futuro l’energia prodotta da sistemi solari termodinamici, a un minor costo rispetto alle tecnologie a batteria elettrica.

L’energia solare sconta un problema noto: pur essendo una delle fonti rinnovabili più interessanti, è caratterizzata da un’intermittenza che impone il ricorso a soluzioni di accumulo. Vale per il fotovoltaico, ma anche per il solare termodinamico (o solare termico a concentrazione, conosciuto anche con l’acronimo CSP – Concentrated Solar Power). In quest’ultimo ambito, tra i sistemi di energy storage, l’accumulo termochimico è una delle tecnologie più promettenti. Si basa sullo sfruttamento del calore di reazione di una reazione chimica reversibile.

Ma nel solare CSP di ultima generazione, ovvero quello a torre solare che permette di raggiungere temperature molto elevate (anche fino a 1500 °C), «l’accumulo termico a queste temperature è molto complesso», evidenzia Emanuela Mastronardo, Ricercatrice dell’Università di Messina. È lei la ricercatrice italiana attiva nel progetto SESPer (Solar Energy Storage PERovskites), vincitrice di una borsa di ricerca Marie Skłodowska-Curie, che ha vagliato 24 perovskiti e selezionato quella più adatta a rispondere al progetto.

«Le caratteristiche richieste comprendevano la non tossicità, l’abbondanza in natura e l’economicità. Si è poi considerata la stabilità termica del materiale, senza decomporsi, e la sua reversibilità, oltre al rispetto di altri parametri termodinamici».

Focus della ricerca è stato lo studio di un materiale resistente alle elevate temperature e capace di grandi capacità di accumulo termico, rilasciandolo on demand. «Rispetto ai sistemi di accumulo di calore sensibile o latente, il termochimico permette proprio il rilascio su richiesta», specifica Mastronardo. Le perovskiti offrono tutte le caratteristiche ideali per creare una nuova generazione di impianti a concentrazione di energia solare in grado di convertire in maniera più efficiente il calore in elettricità e di accumularla, erogandola quando necessario.

Riproduzione del ciclo di accumulo/rilascio di calore della perovskite.
Riproduzione del ciclo di accumulo/rilascio di calore della perovskite.

Mastronardo e un team di cinque ricercatori ha selezionato la perovskite ideale, combinazione di calcio, ferro e manganese.

Il prossimo passaggio per l’impiego della perovskite per l’energia solare sarà il testing in applicazioni reali usando centinaia di grammi e poi tonnellate di materiale. “La stabilità del materiale dovrà essere testata per verificare se è in grado di sopportare oltre 1.000 cicli, avendo resistito 80 ore durante il progetto SESPer”, specifica Cordis. Ma c’è molto ottimismo a riguardo, soprattutto sulle prospettive che tale ricerca potrebbe avere. «L’aspetto più interessante è legato alla possibilità di accumulo d’energia per unità di costo: è un fattore che potrebbe cambiare radicalmente le carte in tavola nel solare termodinamico – evidenzia la ricercatrice – Basti pensare che i più promettenti sistemi ad accumulo termochimico ad alte temperature sono a base di cobalto», con tutto quello che consegue a livello di impatto ambientale e di reperibilità.

Perovskite per l’energia solare: efficienza record nel fotovoltaico

Anche nel fotovoltaico la perovskite è particolarmente apprezzata grazie alle sue peculiari proprietà optoelettroniche e all’enorme potenziale nello sviluppo di tecnologie ad alta efficienza e con costi contenuti.

Le sue doti di efficienza trovano sempre nuovi record: a fine 2020 lo sviluppatore di celle solari Oxford Photovoltaics ha battuto il suo precedente record di efficienza industriale per una cella solare tandem in silicio e perovskite, certificata dallo statunitense National Renewable Energy Laboratory al 29,52%. L’efficienza di conversione record della cella supera quella della precedente cella tandem di Oxford PV con un’efficienza di conversione del 27,3% ottenuta solo un anno e mezzo prima.

Ma altri hanno raggiunto prestazioni eccellenti: uno dei più recenti in questo senso è stato raggiunto dal consorzio Solliance Solar Research. In questo caso, l’efficienza di conversione di potenza è stata del 28,7% su una cella solare di perovskite trasparente combinata con una cella solare di silicio cristallino in una configurazione tandem a quattro terminali.

Sempre in questi giorni un team di ricercatori dell’EPFL di Losanna, guidato dal professor Michael Grätzel, ha impiegato un’opportuna modifica chimica che amplifica notevolmente le prestazioni di una particolare perovskite. Ciò ha permesso di ottenere dispositivi di celle solari con un’efficienza di conversione di potenza fino al 25,6%, una stabilità operativa di almeno 450 ore oltre a un’intensa elettroluminescenza.

Anche l’Italia la ricerca ha centrato importanti record: l’anno scorso un team dell’Università di Roma “Tor Vergata”, ENEA e IIT hanno realizzato una cella solare “tandem” in perovskite e silicio che ha un’efficienza record superiore al 26%.

La stessa Enea ha fatto sapere lo scorso marzo che per la prima volta in Italia è stato raggiunto un record di efficienza pari al 20,8% per celle solari in perovskite.

 

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