Fotovoltaico organico: ecco come usare la perovskite

Ci sono grandi novità nel settore dei semiconduttori organici. Tante infatti sono le ricerche e le sperimentazioni attive nel mondo. Tutte volte a trovare alternative più sostenibili ed economiche al tradizionale supporto in silicio. E se aggiungessimo dei composti di ferro e carbonio alle celle solari in perovskite? Ecco cosa devono essersi domandati alcuni chimici di Hong Hong… E quasi in contemporanea, dall’altra parte del mondo (in Germania), è venuta fuori l’idea di creare una cella solare organica-perovskite.

Queste innovazioni, sulla carta, permettono di migliorare l’efficienza e la stabilità del fotovoltaico. Il settore particolare è quello del fotovoltaico organico, che però, almeno fino a oggi, ha manifestato rese energetiche più scarse del fotovoltaico tradizionale. Ma qualcosa sta cambiando…

Nasce la cella solare organica: il nuovo uso della perovskite

In passato il fotovoltaico organico si è basato sul supporto di celle solari polimeriche e celle di Gratzel (ossia le dye-sensitized solar cell). Due strutture che convertono la luce in elettricità con efficienza alta, ma comunque ridotta rispetto al silicio. Ecco perché i ricercatori di tutto il mondo stanno puntando sulla perovskite, un minerale costituito da titanato di calcio. Già da una decina d’anni si producono celle perovskitiche, che rivelano buona efficienza, basso costo di produzione e soprattutto grande malleabilità a livello produttivo. Tuttavia il mercato sembra ancora fermo al silicio (che viene recepito come più efficiente).

In Germania stanno provando a creare nuove celle a perovskite invertita associate a ferroceni, ossia composti organometallici costituiti da ferro, carbonio e idrogeno (strutture su cui ragionò il chimico Geoffrey Wilkinson negli anni ’50, meritandosi il Nobel). Pare infatti che questi ferroceni consentano agli elettroni di spostarsi più facilmente dallo strato attivo di perovskite agli strati di trasporto della carica. Ecco come migliora l’efficienza della conversione fotovoltaica. Abbiamo a che fare con un dispositivo in materiali fotovoltaici differenti. E’ l’idea vincente del professor Thomas Riedl dell’Università di Wuppertal.

La ricerca di Hong Kong

I ricercatori di Hong Kong, invece, hanno realizzato una nuova cella solare organica-perovskite con capacità di assorbire le lunghezze d’onda ultraviolette e visibili della luce. E, ovviamente, con un’efficienza simile a quella dei semiconduttori a base di carbonio. Solo che qui il materiale di base è la perovskite, che raccoglie energia anche nel vicino infrarosso.

In più aggiornati sull’argomento sapranno che già in passato sono state realizzate molte strutture simili. Ma qui c’è qualcosa di speciale. La nuova cella ha rivelato un nuovo record, mostrando un’efficienza del 24%. Cioè quattro punti percentuali sopra il precedente record mondiale. Tempo fa il fotovoltaico organico prodotto dalla Oxford Pv aveva segnato il record assoluto di efficienza per una cella tandem silicio/perovskite, toccando il 29,52%. Ora invece siamo al 24% solo con perovskite, ed è un grande risultato.

E come si fa a ottenere un’efficienza così elevata? Riducendo al minimo le perdite nell’interazione fra i materiali. Nel caso specifico l’interconnessione è elettronica e ottica. In questo modo il materiale organico non disperde quasi nulla dell’energia solare raccolta, e trasferisce tutto alla sottocella in perovskite.

Il fotovoltaico sta cambiando, ormai è ufficiale. La perovskite sta per superare l’efficienza del silicio e si prepara quindi a dominare il mercato grazie alla sua sostenibilità e ai suoi costi più ridotti.