La ricerca Eni realizza una tecnologia che estende gli orizzonti del fotovoltaico integrato

Le perovskiti, minerali a base di titanato di calcio, con una particolare struttura cristallina, hanno ispirato la realizzazione di materiali sintetici con lo stesso reticolo cristallino, dotati di proprietà fotoattive, ovvero in grado di assorbire la luce del Sole - che li colpisce sotto forma di fotoni - e di sfruttare questa energia per ottenere la separazione delle cariche elettriche all’interno del materiale fotoattivo. Questa separazione di cariche raggiunge in parte i rispettivi elettrodi e si trasforma in elettricità, rendendo così possibile la realizzazione di una cella fotovoltaica. In particolare, tra le celle a perovskite risultano particolarmente efficienti le perovskiti a base di piombo, alogeni e sali di ammonio. 

L’efficienza delle celle solari realizzate con questi materiali è passata dal 3,8% dei primi prototipi fino al 25,7% superando l’efficienza non solo delle analoghe celle fotovoltaiche organiche e delle già molto diffuse celle a base di silicio che troviamo su molti dei nostri tetti. La ricerca in questo campo è quella che attualmente offre maggiori possibilità allo sviluppo di tecnologie legate al fotovoltaico.

Insieme alle celle fotovoltaiche organiche, le celle a perovskite possono essere realizzate in film sottili semitrasparenti e con una riduzione del costo dei materiali e delle tecniche di produzione, permettendo applicazioni finora impossibili per le celle solari tradizionali, come l'integrazione sulle facciate degli edifici. Si tratta di un impiego tra l’altro promosso da recenti direttive internazionali ed europee nell'ambito dell'efficienza energetica degli edifici, che è quindi destinato ad avere un vastissimo campo di utilizzo.

Un’altra potenziale applicazione è quella del cosiddetto agrivoltaico, ovvero della generazione di elettricità accoppiata alla coltivazione delle piante che sfrutta la semitrasparenza di questa nuova classe di dispositivi fotovoltaici.

Per aumentare la trasparenza delle perovskiti, i ricercatori Eni si sono concentrati su nuovi materiali compositi ottenuti facendo interagire i precursori della perovskite con polimeri trasparenti alla luce visibile. In particolare, l'inclusione di idrossietilcellulosa nello strato di perovskite sintetica (con formula CH3NH3PbI3) ha portato numerosi vantaggi, come la semplificazione delle condizioni di produzione e l'aumento della trasmittanza media nel visibile – cioè della trasparenza - fino al 22%, mantenendo al contempo una buona efficienza (fino al 12%).

Ciò ha permesso di raggiungere un valore di efficienza di utilizzo della luce (il prodotto dei precedenti due valori, che offre una misura delle performances del dispositivo) attorno al 2.4%. Questo si pone tra i valori migliori riportati finora ed è considerato particolarmente adatto per l'utilizzo nel settore delle finestre.

I ricercatori Paolo Biagini, Riccardo Po’ e altri colleghi del CNR di Lecce che hanno collaborato a questo brillante successo scientifico, hanno ricevuto il premio dal Presidente della Repubblica Italiana, Sergio Mattarella durante la cerimonia che si è tenuta il 3 ottobre al Palazzo del Quirinale.