Il fotovoltaico organico semitrasparente nel BIPV
Il fotovoltaico organico semitrasparente rappresenta ancora una tecnologia di nicchia, nonostante abbia il potenziale per rivoluzionare l’integrazione dei pannelli solari nell’ambiente costruito, in particolar modo a livello di vetrate. Le principali sfide da superare? La bassa efficienza di conversione e la ridotta stabilità.
Ma questi due elementi non sono gli unici da tenere in considerazione. Per garantirne il successo nel segmento del BIPV (Building-Integrated Photovoltaics), è necessario curare anche l’estetica e la multifunzionalità. Le finestre fotovoltaiche, ad esempio, devono anche poter assicurare una buona illuminazione degli ambienti interni e un isolamento termico soddisfacente, oltre a salvaguardare l’aspetto visivo dell’edificio.
La domanda che sorge spontanea è: quali materiali riescono ad assicurare tutti questi fattori assieme? Per rispondere viene in aiuto un nuovo studio realizzato da ingegneri dell’Università Politecnica di Hong Kong.
Il compromesso Efficienza/Trasparenza nel FV Organico Semitrasparente
I ricercatori, guidati dal Professore Li Gang, hanno introdotto un parametro adimensionale per lo screening di una serie di materiali fotoattivi classici, una “evoluzione”, per così dire, del più conosciuto LUE (Light Utilization Efficiency). Per comprendere la novità è necessario, tuttavia, partire dalle premesse.
Nelle celle solari organiche semitrasparenti esiste un compromesso intrinseco tra efficienza di conversione e trasmittanza visiva media, vale a dire la quantità di luce che passa attraverso la cella. Più una cella è trasparente, minore sarà la quantità di luce incidente che potrà trasformare in elettricità.
La metrica chiave utilizzata per bilanciare questi due fattori è per l’appunto l’efficienza di utilizzo della luce, o LUE, prodotto tra efficienza e trasmittanza.
Un’altra sfida fondamentale nel BIPV è garantire che il sistema non comprometta l’aspetto visivo dell’edificio. L’estetica visiva del fotovoltaico organico semitrasparente viene valutata in base a due parametri chiave: l’indice di resa cromatica e le coordinate di cromaticità della Commission Internationale de L’Eclairage (CIE 1931), che insieme quantificano la qualità e il colore della luce che attraversa il dispositivo.
Non solo. Per vetri e vetrate solari è importante valutare anche la loro capacità di isolamento termico, misurata dalla capacità di rifiuto dell’energia solare totale (T-SER) e nel vicino infrarosso (NIR-SER).
Il parametro FoMLUE nella selezione dei materiali fotoattivi
Ed è qui che entra in campo la nuova metrica. La FoMLUE permette di selezionare materiali fotoattivi per il fotovoltaico organico semitrasparente che portino a celle dalle elevate prestazioni estetiche e funzionali. Il parametro tiene conto della trasmittanza visiva media, del bandgap e della densità di corrente dei materiali, analizzandone la quantità di luce assorbita.
Nel dettaglio, i ricercatori hanno scoperto che il fotovoltaico organico semitrasparente basato sui materiali ternari con i valori FoMLUE più elevati dimostra un isolamento termico e una stabilità operativa migliori rispetto alle loro controparti. In particolare, due materiali attivi — il PBOF e l’eC9 — hanno raggiunto un’efficienza di utilizzo della luce record del 6,05%, il valore di merito più alto registrato per qualsiasi cella solare semitrasparente.
Adattabilità geografica
Lo studio ha inoltre rivelato l’influenza dei fattori geografici sulle prestazioni delle finestre con vetri solari organici. Il modello, applicato in 371 città in tutta la Cina, ha mostrato che le regioni con estati calde e inverni miti sono le più adatte all’installazione di tale tecnologia, con un risparmio energetico totale annuo che può raggiungere fino a 1,43 GJ al metro quadrato.
I risultati dello studio “Semitransparent organic photovoltaics with wide geographical adaptability as sustainable smart windows” sono stati pubblicati su Nature Communications (2025).