Il consorzio PEARL, finanziato dall'UE, dimostra la produzione roll-to-roll di celle solari flessibili a perovskite con elettrodi in carbonio, caratterizzate da un'efficienza del 25%
Nuovi progressi per le celle solari in perovskite
Per riguadagnare competitività nel campo solare l’Europa deve puntare oggi a tecnologie innovative come il fotovoltaico in perovskite. E deve farlo puntando a prodotti efficienti e al tempo stesso economici. Ecco perché il traguardo tagliato in questi giorni dal progetto europeo PEARL appare essenziale. Il consorzio di ricercatori, a cui partecipa anche l’Università italiana di Roma Tor Vergata, ha dimostrato la fattibilità della produzione roll-to-roll di celle solari in perovskite con un’efficienza del 25%.
Gli obiettivi del progetto PEARL
Il progetto PEARL ha preso il via il 1° ottobre 2023 con l’obiettivo di creare celle solari flessibili in perovskite con elettrodi di carbonio, che siano non solo efficienti ma anche scalabili, dotate di una stabilità operativa a lungo termine superiore agli standard IEC, ecologiche (emissioni minime < 0,01 kg CO2eq/kWh) e, soprattutto, facili ed economiche da produrre.
Nel dettaglio l’iniziativa si è data 36 mesi di tempo per portare i costi di produzione sotto i 0,3 euro/Wp. In che modo? Ad esempio usando metodi di lavorazione industriali validi e comprovati con il rivestimento roll-to-roll (R2R).
La produzione Roll-to-roll del fotovoltaico in perovskite
Il processo roll-to-roll si basa sulla deposizione di inchiostri su substrati di plastica senza interruzione e ad alta velocità.
Nel complesso la tecnica R2R risulta più efficiente dal punto di vista energetico rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali poiché gestisce i materiali in modo continuo, evitando il riscaldamento, il raffreddamento e l’avvio ripetitivo delle apparecchiature dei cicli a lotti. Questa efficienza non solo riduce gli sprechi energetici e le inefficienze operative, ma diminuisce anche ulteriormente l’impronta di carbonio della produzione di celle solari. Inoltre, il processo è in grado di ridurre al minimo gli sprechi e ottimizzare l’uso delle risorse.
L’altro lato della medaglia? Nonostante le straordinarie caratteristiche di questa tecnica, mantenere alta l’efficienza di conversione e la stabilità operativa della perovskite sono ancora sfide aperte.
Quando la ricerca europea fa squadra
Il consorzio PEARL potrebbe però aver trovato la strada per superare questi ostacoli. Merito di un lavoro di squadra tra i 10 partner e dei traguardi segnati da ognuno di loro. L’istituto di ricerca spagnolo ICIQ ha raggiunto un’efficienza di conversione di potenza del 21,6% grazie a speciali trattamenti superficiali (passivazione molecolare della superficie con fullerene e materiali auto-assemblanti a base di silano).
L’Università di Roma Tor Vergata ha ottenuto il 17,03% di efficienza utilizzando solventi per la perovskite più ecologici e protocolli di blade-coating ottimizzati. L’organizzazione di ricerca finlandese VTT – coordinatrice del progetto – ha dimostrato un’efficienza di conversione di potenza del 14,8% in una cella campione su scala di laboratorio con un nuovo processo di stampa (perovskite stampata in rotocalco con inchiostro a base del solvente organico DMSO). L’istituto di ricerca olandese TNO ha raggiunto invece un’efficienza di conversione di potenza del 9,1% con un sistema completamente roll-to-roll a rivestimento con fessura (slot-die coated perovskite stack).
Parallelamente, VTT e TNO hanno esteso i processi di rivestimento e modellazione R2R a formati più grandi e hanno sviluppato mini moduli flessibili con un’area di 36 cm² e un’efficienza di conversione di potenza del 4,5%. Il consorzio ha anche messo a punto un’incapsulazione protettiva che mantiene le celle solari stabili per oltre 2.000 ore in condizioni di umidità e calore (temperatura di 85°C e umidità dell’85%), dimostrandone la durabilità per applicazioni nel mondo reale.
I prossimi passi
“Le nostre celle flessibili a perovskite hanno già superato il 21% di efficienza su substrati pieghevoli e abbiamo dimostrato processi scalabili roll-to-roll,” ha dichiarato il Dr. Riikka Suhonen, coordinatore del progetto PEARL presso VTT. “Questi risultati ci avvicinano in modo concreto al nostro obiettivo del 25%, aprendo la strada a moduli solari a basso costo e ad alte prestazioni per applicazioni che vanno dal fotovoltaico integrato negli edifici all’Internet delle Cose”.
In futuro, il consorzio avvierà la produzione pilota roll-to-roll, testerà moduli più grandi per l’uso esterno e pubblicherà i risultati delle valutazioni del ciclo di vita.
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