Le ultime novità in materia di fotovoltaico da interni
Grazie alla rapida crescita di tecnologie come l’Internet delle Cose (Internet of Things – IoT), i pannelli fotovoltaici da interno stanno ricevendo un’attenzione sempre maggiore dal mondo della ricerca e da quello industriale. Tuttavia, sebbene non costituiscano più una novità – basti pensare alle vecchie calcolatrici solari – il loro segmento di mercato è ancora molto ridotto. Il problema? A seconda del semiconduttore dominante le celle solari indoor possono presentare diversi svantaggi. Dalla scarsa stabilità, alla tossicità fino alla fotodegradazione.
Per superare questi limiti sono nati negli ultimi anni diversi approcci. L’ultimo in ordine di tempo è quello di un gruppo di chimici della Kaunas University of Technology (KTU), in Lituania, che ha sintetizzato nuovi materiali in grado di migliorare le prestazioni del fotovoltaico da interni.
Pannelli fotovoltaici da interno, come funzionano?
I pannelli fotovoltaici da interno sono in grado di generare elettricità anche in condizioni di bassa intensità luminosa, con prestazioni decisamente migliori del classico fv in silicio cristallino. Per la loro realizzazione ci si affida oggi alle celle solari di terza generazione elaborate in soluzione, tra cui quelle:
- in silicio amorfo;
- sensibilizzate a colorante (DSSC);
- organiche;
- a punti quantici (quantum dot);
- in perovskite.
- in fosfuro di gallio e indio (GaInP)
Generalmente l’area attiva è di soli pochi centimetri quadrati e funziona con un’intensità di luce incidente bassa tra 0,1–10 W/m2 principalmente nella regione visibile; intensità propria della radiazione solare diffusa nell’ambiente interno e di fonti di luce artificiale come lampadine a incandescenza, lampade fluorescenti compatte e diodi a emissione di luce bianca (LED). A titolo di confronto il fotovoltaico classico per funzionare ha bisogno di 1 kW/m2.
Fotovoltaico indoor, elevata efficienza teorica
Uno dei grandi vantaggi di questa tecnologia è l’efficienza. Per le celle solari da interno é stata calcolata, infatti, un’efficienza teorica massima del 51-57% per un dispositivo a giunzione singola sotto varie fonti di luce artificiale. Nella pratica il risultato migliore è stato raggiunto con alcune celle fotovoltaiche al fosfuro di gallio e indio che hanno mostrato in laboratorio un’efficienza di conversione di quasi il 40%.
Allo stato attuale però la tecnologia deve ancora affrontare diversi nodi tecnici prima di uscire dalla propria, piccolissima nicchia di mercato.
Ultime novità: celle solari in perovskite da interno
Un aiuto in questo senso arriva dalla nuova ricerca condotta presso la Facoltà di tecnologia chimica della Kaunas University of Technology (KTU), in Lituania. Qui un gruppo di scienziati ha sintetizzato nuovi materiali selettivi per i trasportatori di carica in grado di migliorare le prestazioni dei pannelli fotovoltaici indoor.
La ricerca si è concentrata su una tecnologia fotovoltaica in particolare: le celle solari in perovskite a banda larga. Queste unità hanno mostrato di saper sfruttare l’energia dell’illuminazione artificiale con efficienza, come spiega la dott.ssa Asta Dabulienė, ricercatrice della KTU. “Le celle fotovoltaiche in perovskite per uso interno possono essere integrate in telefoni cellulari, torce tascabili e altri dispositivi elettronici; possono generare elettricità sotto luce artificiale. Utilizzando le tecnologie Internet of Things (IoT), questa elettricità può essere utilizzata per regolare in modo efficiente il funzionamento dei dispositivi e ottimizzare il consumo energetico”, afferma Dabulienė.
La dott.ssa ha sintetizzato una serie di nuovi derivati basati sul tiazol[5,4-d]tiazolo ed efficienti per il trasporto delle buche (portatori di carica positiva) nelle celle fotovoltaiche in perovskite indoor. La funzione principale del materiale è quella di trasportare selettivamente le buche bloccando al contempo gli elettroni (portatori di carica negativa). Aiutando così a ridurre le perdite di ricombinazione, e migliorando l’efficienza complessiva del dispositivo.
Il risultato la cella fotovoltaica da interno creata dal team di chimici ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 37,0% con illuminazione LED da 3000 K. La ricerca è stata pubblicata su ACS Applied Materials & Interfaces (testo in inglese).
L’efficienza massima delle celle solari indoor in GaInP
Nel campo dell’efficienza di conversione i risultati migliori sono stati quelli ottenuti nel 2025 dal Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. Gli scienziati hanno concentrato gli sforzi sullo sviluppo di celle solari indoor efficienti e durature, basandosi su semiconduttori III-V. L’attenzione si è posta in particolare sul fosfuro di gallio e indio (GaInP), un materiale che, con il suo bandgap di 1.9 eV, si adatta perfettamente agli ambienti poco illuminati.
Il cuore della ricerca risiede nell’analisi approfondita della dinamica di elettroni e lacune all’interno del GaInP, sia di tipo p che di tipo n, in condizioni di bassa iniezione di portatori di carica in eccesso. Questo termine indica una situazione in cui la concentrazione delle coppie elettrone-lacuna generate dalla luce è inferiore a quella dei portatori di carica maggioritari già presenti nel semiconduttore drogato. Per chiarire, in un semiconduttore di tipo n, gli elettroni sono i portatori maggioritari e le lacune quelli minoritari, e viceversa in un materiale di tipo p.
Come evidenziato da Malte Klitzke, autore principale dello studio, le celle GaInP di tipo n hanno dimostrato prestazioni nettamente superiori rispetto alle controparti drogate di tipo p. Le prime, infatti, riescono a mantenere i portatori di carica per periodi più lunghi, risultando più efficaci anche in condizioni di scarsa illuminazione. Questa capacità permette una conversione altamente efficiente della luce interna in elettricità.
In condizioni di illuminazione a 100 lux, la cella sviluppata dal Fraunhofer ISE ha raggiunto un’efficienza del 37.5%, con un picco del 41.4% a 1000 lux.
Pannelli fotovoltaici da interni, le applicazioni possibili
Il fotovoltaico indoor ha ricevuto parecchio interesse negli ultimi anni grazie ad una serie di applicazioni nella vita quotidiana umana. Primi fra tutti dispositivi su piccola scala come quelli IoT, attuatori basati su macchine interattive con l’uomo, sensori wireless, tecnologia indossabile e sistemi di allarme. Oggi il segmento ha valore di mercato globale di circa 140 milioni di dollari, sintomo dell’evidente crescita che lo caratterizza. Ovviamente la cifra non può competere con quella dei moduli fotovoltaici da esterno (100 miliardi di dollari).
Articolo del 29 luglio 2024, aggiornato il 22 luglio 2025
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