Team guidato da ricercatrice italiana sta sviluppando celle solari a perovskite circa 50 volte più sottili

Un team di ricerca della Nanyang Technological University (NTU) di Singapore, guidati dalla professoressa italiana Annalisa Bruno della School of Physical and Mathematical Sciences e della School of Materials Science and Engineering della NTU, ha sviluppato celle solari in perovskite “circa 10.000 volte più sottili di un capello umano e circa 50 volte più sottili di quelle convenzionali”, secondo uno studio pubblicato su ACS Energy Letters.

“Gli edifici rappresentano circa il 40% del consumo energetico globale, quindi le tecnologie in grado di trasformare in modo discreto le superfici degli edifici in asset per la produzione di energia stanno diventando sempre più urgenti”, ha spiegato Bruno.

“Le nostre celle in perovskite offrono vantaggi evidenti, poiché possono essere prodotte con processi semplici e a temperature relativamente basse. Possono inoltre essere regolate per assorbire specifiche lunghezze d’onda rimanendo trasparenti, e potrebbero essere scalate per l’utilizzo su grandi superfici, riducendo così la loro impronta di carbonio”, ha aggiunto Bruno.

La ricercatrice ha osservato che, a differenza delle celle solari convenzionali in silicio, i dispositivi in perovskite possono generare elettricità anche in condizioni di luce indiretta o diffusa. “Questo li rende particolarmente adatti all’ambiente urbano di Singapore, dove le superfici verticali e la frequente copertura nuvolosa limitano l’esposizione solare diretta”, ha affermato Bruno.

Stime preliminari suggeriscono che l’installazione di questa tecnologia su un edificio con facciata in vetro potrebbe generare centinaia di MWh all’anno, anche se le ipotesi alla base del calcolo e una validazione indipendente non sono ancora state pubblicate.

Le celle sono state realizzate mediante un processo di evaporazione termica compatibile con l’industria, nel quale i materiali vengono riscaldati in una camera a vuoto fino a evaporare e depositarsi come film sottili su un substrato. La loro semitrasparenza e la colorazione neutra ne favoriscono l’integrazione in applicazioni per vetri architettonici.

Il processo evita inoltre l’impiego di solventi tossici e riduce i difetti nelle celle solari, migliorando l’efficienza di conversione energetica. Regolando i parametri di deposizione, i ricercatori hanno controllato lo spessore dello strato di perovskite e prodotto dispositivi sia opachi sia semitrasparenti.

Il team sostiene che si tratti della prima dimostrazione di celle solari in perovskite ultrasottili fabbricate esclusivamente mediante processi basati sul vuoto, uno sviluppo che potrebbe consentire una produzione industriale scalabile. Con questo approccio, i ricercatori hanno ottenuto strati assorbitori in perovskite sottili fino a 10 nanometri, mantenendo prestazioni funzionali.

Nei dispositivi opachi, le celle hanno raggiunto efficienze di conversione del 7%, 11% e 12% rispettivamente per strati da 10 nm, 30 nm e 60 nm. Un dispositivo semitrasparente con uno strato da 60 nm ha permesso il passaggio di circa il 41% della luce visibile, raggiungendo al tempo stesso un’efficienza di conversione del 7,6%.

I ricercatori non hanno riportato dati di stabilità accelerata né prestazioni su superfici di grande area oltre pochi centimetri quadrati.

“Controllando con precisione l’evaporazione termica, possiamo modulare la trasparenza delle celle solari. Questo apre nuove possibilità per l’architettura sostenibile, come finestre oscurate in grado di generare elettricità”, ha spiegato Luke White, autore principale dello studio.

Un brevetto relativo alla struttura del film ultrasottile in perovskite è stato depositato tramite NTUitive, il braccio per l’innovazione della NTU.

I ricercatori stanno ora lavorando con partner industriali per validare e standardizzare il processo di evaporazione termica e per migliorare stabilità a lungo termine, durabilità e scalabilità in vista di una possibile commercializzazione.