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Solution Processed Next Generation Photovoltaics

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Innovazioni suggeriscono un futuro radioso per il fotovoltaico stampato

Nuove innovazioni nell’ambito dei materiali e dei trattamenti potrebbero rendere il fotovoltaico stampato più affidabile, più conveniente e più longevo. Ciò a sua volta potrebbe accelerare la transizione europea a un sistema energetico decarbonizzato.

Cambiamento climatico e Ambiente
Energia

Il fotovoltaico stampato, utilizzabile per convertire la luce solare in elettricità, offre numerosi vantaggi: è più leggero rispetto alle celle solari tradizionali e potenzialmente più economico per la produzione di massa. Il fotovoltaico stampato è stato quindi riconosciuto come una promettente fonte futura di energia elettrica rinnovabile. «Il potenziale legato alla riduzione dei costi relativi alla stampa di moduli fotovoltaici potrebbe essere notevole», spiega Stelios Choulis, ricercatore principale del progetto Sol-Pro, fondatore e responsabile della Unità di ricerca molecolare elettronica e fotonica (Molecular Electronics and Photonics Research Unit) presso il Politecnico di Cipro. «Una linea di produzione di stampa a due rulli ha la potenzialità di produrre la stessa area impiegando decine di ore rispetto alla possibilità di un impianto produttivo di celle tradizionali in un anno». Attualmente il fotovoltaico stampato sta raggiungendo i medesimi valori di efficienza del fotovoltaico tradizionale in silicio. Tuttavia, una sfida centrale è garantire che i materiali optoelettronici organici e ibridi di perovskite, utilizzati nella produzione di fotovoltaico stampato, siano stabili nel tempo a livello ambientale. Ciò è fondamentale per assicurare che il fotovoltaico stampato possa essere partecipe del futuro sostenibile europeo. Il fotovoltaico è stato riconosciuto come una tecnologia implementativa fondamentale per decarbonizzare il sistema energetico europeo. Infatti, entro il 2025 l’UE ha bisogno di aumentare la propria capacità di fotovoltaico da 117 GW a oltre 630 GW ed entro il 2050 di 1,94 TW al fine di soddisfare il 100 % dei propri bisogni energetici tramite energia rinnovabile.

Ottimizzare le prestazioni della cella solare

Il progetto Sol-Pro, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, si prefigge di affrontare alcune di tali sfide. Choulis e il suo gruppo hanno analizzato i materiali e i dispositivi fotovoltaici stampati, al fine di ottimizzare la loro competitività relativa ai costi e l’affidabilità del ciclo vitale. Sono stati sperimentati e collaudati nuovi sistemi di materiali. Inoltre, sono stati sviluppati metodi innovativi di lavorazione e di materiale sintetico optoelettronico con lo scopo di controllare con precisione gli elementi fondamentali, tra cui la cristallinità e la dimensione delle nanoparticelle. È stato dimostrato che tali miglioramenti hanno rafforzato le prestazioni e l’affidabilità del dispositivo fotovoltaico. «Siamo anche riusciti a dimostrare che molti degli aspetti fisici e ingegneristici che disciplinano il comportamento del fotovoltaico stampato si verificano nelle interfacce del dispositivo fotovoltaico», aggiunge Choulis. «Questo ci ha permesso di sviluppare interfacce di elevata qualità in grado di ottimizzare le prestazioni del fotovoltaico». Inoltre, è stato dimostrato che nuovi trattamenti di strati intermedi superficiali e metodi ingegneristici di additivi di strati attivi forniscono prestazioni del ciclo vitale nettamente migliori, in condizioni di umidità e calore accelerato.

Produzione energetica futura

Choulis è sicuro che i progressi ottenuti nel progetto Sol-Pro contribuiranno favorevolmente verso l’attuale sviluppo di fotovoltaico stampato economico e di grandi dimensioni per la produzione di energia. Il team ha dimostrato con successo il modo in cui le prestazioni del ciclo vitale del calore del fotovoltaico stampato siano migliorabili incorporando strati che bloccano la diffusione nell’architettura del dispositivo fotovoltaico. «Ora tali innovazioni possono essere in pratica applicate nella fabbricazione della stampa del fotovoltaico a due rulli», afferma Choulis. «Queste innovazioni offrono semplici percorsi ingegneristici per ridurre il divario tra efficienza, stabilità e affidabilità del fotovoltaico processato in soluzione». Il progetto Sol-Pro ha inoltre individuato alcune limitazioni persistenti del ciclo vitale. Choulis e il suo team di ricerca sono attualmente partner in RoLA-FLEX, un progetto recentemente avviato, finanziato dall’UE, che cerca di affrontare questa sfida specifica. Nell’ambito di tale progetto, saranno trattati ulteriormente anche elettrodi economici con nuovi metodi di stampa. Nel frattempo, sviluppatori di materiale elettronico, aziende chimiche, produttori di attrezzatura di stampa e produttori di moduli fotovoltaici stampati trarranno tutti beneficio dalla ricerca di Sol-Pro. Gran parte del lavoro è stato pubblicato in articoli scientifici a libero accesso e rappresenta un punto di partenza eccellente per lo sviluppo futuro del fotovoltaico stampato affidabile e durevole di nuova generazione.

Parole chiave

Sol-Pro, fotovoltaico, luce solare, elettricità, elettrico, rinnovabile, energia

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