Perovskite: il materiale che sta trasformando il fotovoltaico

1. Introduzione

Nel mondo delle energie rinnovabili, la perovskite emerge come materiale chiave per l’innovazione nei pannelli fotovoltaici: dalle applicazioni su superfici architettoniche flessibili fino alla produzione su larga scala a basso costo.

2. Cos’è la perovskite

Originariamente un minerale (CaTiO₃) scoperto nel XIX secolo, oggi il termine “perovskite” nel fotovoltaico indica compositi organico‑inorganici o completamente inorganici con la struttura cristallina ABX₃. Questi materiali offrono eccellente assorbimento ottico e sono semplici da sintetizzare.

3. Architetture e meccanismi

Una cella solare a perovskite classica include:

• Substrato conduttivo trasparente
• Strati di trasporto (ETL e HTL)
• Strato perovskite
• Elettrodo metallico
  Le architetture possono essere planari o mesoporous

4. Progresso nelle efficienze

• Dal 2009, l’efficienza è passata da 3,8% a ~25,7% nei moduli monostrato
• In celle tandem con silicio si sono raggiunti 29,8%
• Alcune proiezioni suggeriscono potenziali capacità fino al 40%

5. Tecniche di produzione avanzate (scalabilità e roll-to-roll)

• Si utilizzano slot-die, blade coating, stampa a getto d’inchiostro, screen/spray printing, elettrodeposizione, vapor deposition
• Tecnologie roll‑to‑roll e R2R sono cruciali per la produzione industriale, permettendo l’uso di substrati flessibili e alte velocità
• Innovazioni come l’inchiostro di carbonio e processi R2R completi abbatterebbero i costi e semplificherebbero le linee produttive
• Sistemi come la stampa flexografica ad alta velocità su strati trasportatori portano a > 15% di efficienza e tempi di produzione fino a 60× più rapidi rispetto allo spin-coating
• Recenti progressi in moduli flessibili stampati, con durata meccanica e resistenza a condizioni ambientali severe sono promettenti: PCE del 17% e mantenimento del 90% dopo stress test avanzati

6. Vantaggi principali

• Alto rendimento energetico con spettri ampi e rapido trasporto di cariche
• Produzione economica e scalabile, anche in formati flessibili o trasparenti.
• Efficienza super‑silicio, anche in configurazioni tandem
• Applicazioni avanzate: edilizia integrata (vetri, facciate), dispositivi mobili e IoT

7. Sfide e ostacoli

• Stabilità: degrado da umidità, calore, ossigeno, raggi UV e stress meccanico
• Durata effettiva: distante dai 20‑25 anni garantiti dal silicio
• Composizione tossica: molti materiali contengono piombo; la strada verso soluzioni senza Pb (es. a base di stagno) è in corso
• Valutazioni ambientali: alcune ricerche confermano rischi ridotti dai solventi usati, ma servono studi più approfonditi
• Tenuta meccanica nelle versioni flessibili: serve equilibrio tra trasparenza, conduttività e robustezza

8. Tabella Comparativa aggiornata: Perovskite vs Silicio

9. Lo stato della ricerca e scenari futuri

• Nuovi compositi inorganici (es. CsPbI₃) mostrano maggior stabilità, ma richiedono innovazioni per mantenere la fase fotoattiva
• I progressi tecnologici rendono le celle perovskite candidate per dispositivi senza batteria, sfruttando luce interna con efficienze del 37,6% in prototipi portatili 
• Paesi come il Giappone investono miliardi per industrializzare celle ultrasottili e flessibili, mirando a coprire il 50% del mix elettrico rinnovabile entro il 2040

10. Conclusioni e outlook

La perovskite fotovoltaica rappresenta un salto di paradigma: efficiente, economica e versatile.
Le sfide (stabilità, sostenibilità, produzione industriale) sono complesse, ma i progressi degli ultimi anni sono impressionanti.
In PowerSol, continuare a monitorare questa evoluzione significa prepararsi a un futuro dove solare, architettura e tecnologia si fondono.