Il fotovoltaico di terza generazione a basso costo

Alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno compiuto un enorme passo avanti nello sviluppo di una cella solare sensibilizzata con colorante (DSSC) a nanocristalli, capace di portare ad efficienze addirittura del 14 %.

Energia

Sebbene siano stati fatti enormi progressi nella tecnologia delle celle solari (SC), la diffusione generalizzata dell’uso di celle solari a base di semiconduttori inorganici risulta contenuta. Il problema dipende essenzialmente dalla carente efficacia dei costi correlata al consumo elevato di energia durante la produzione e la processazione (elevata energia incorporata). L’elettronica in plastica e plastica e i semiconduttori inorganici processabili in soluzione si propongono come una soluzione promettente. Le SC realizzate con questi materiali poco costosi dimostrano già efficienze competitive e rese migliori rispetto al silicio amorfo e al rame-indio-selenide. Il progetto SANS (“Sensitizer activated nanostructured solar cells”), finanziato dall’UE, ha prodotto una nuova generazione di SC nanostrutturate. Le tecnologie fotovoltaiche di terza generazione sono caratterizzate da un’elevata scalabilità e da una produzione economica di materiali e pannelli. Possono essere distribuite attraverso i mercati tradizionali (fattorie solari e pannelli sul tetto) o altre applicazioni innovative per il mercato, come il fotovoltaico integrato negli edifici. SANS ha ottenuto un’efficienza record di DSSC allo stato solido (ssDSSC) a basso costo in sede di laboratorio e ha prodotto un modulo caratterizzato da una durata ventennale in esterni. Per lo sviluppo delle SC, sono stati fondamentali tre sottosistemi critici: l’antenna ad assorbimento luminoso, l’ossido mesostrutturato per il trasporto elettronico e l’elettrolita/hole transporter (trasportatore di lacune). In tali campi, il team ha ottenuto eccellenti risultati nella produzione di coloranti molecolari con maggiori capacità assorbenti e punti quantici inorganici, nuovi elettrodi mesoporosi, migliori elettroliti e hole trasporter. I partner di progetto hanno prodotto elettroliti a elevata stabilità privi di solvente per le DSSC, capaci di avvicinarsi all’obiettivo delle 20 000 ore di esposizione continua alla luce solare simulata. Inoltre, hanno sviluppato una nuova famiglia di coloranti multicromoforici ad alta efficienza, con celle solari sensibilizzate con colorante blu, particolarmente adatte ad applicazioni di SC integrate negli edifici. Sono stati brevettati nuovi monocristalli mesoporosi avanzati, basati sul biossido di titanio. Tale materiale consente l’eliminazione della fase di sinterizzazione nella produzione di ssDSSC, ampliando enormemente la scelta dei substrati e riducendo i costi. Questi monocristalli prospettano la possibilità di proprietà migliori e potenziali applicazioni delle DSSC in dispositivi per lo stoccaggio dell’energia. In laboratorio, sono state raggiunte efficienze di circa il 14 %, utilizzando materiali assorbenti di perovskite. Si prevede che il rendimento di ssDSSC di perovskite superi i valori raggiunti da tutte le SC di prima e seconda generazione note finora. Per tutta la durata del progetto, sono state redatte oltre 80 pubblicazioni scientifiche, sono stati depositati numerosi brevetti e sono stati organizzati seminari e conferenze.