Le tecnologie fotovoltaiche emergenti da tenere d’occhio

Un nuovo rapporto, elaborato da 41 esperti provenienti da tutto il mondo, fornisce lo stato dell’arte su una serie di tecnologie fotovoltaiche, evidenziando le applicazioni chiave e i percorsi verso la commercializzazione

tecnologie fotovoltaiche emergenti
Credits: Dennis Schroeder / NREL https://www.energy.gov/eere/solar/perovskite-solar-cells, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=131749994

Fotovoltaico: in che direzione punta l’innovazione?

(Rinnovabili.it) – Dai nuovi materiali ai concept innovativi. Dai progetti per migliorare la gestione della luce e strategie per superare gli attuali limiti di efficienza. Dalle applicazioni più promettenti ai problemi irrisolti. Lo “Status report on emerging photovoltaics“, redatto da un gruppo di 41 esperti internazionali, offre un’interessante panoramica sulle tecnologie fotovoltaiche emergenti. Il documento è stato pubblicato in questi giorni sul Journal of Photonics for Energy e attraverso sezioni verticali lancia uno sguardo sullo stato del comparto, discutendo delle sfide ancora aperte e degli strumenti per affrontarle. 

Una visione d’insieme pensata per essere “una risorsa utile per le persone all’interno e all’esterno del settore”. “I diversi contributi – spiega il capo redattore capo di JPE, Sean Shaheen, professore all’Università del Colorado Boulder e coautore del rapporto – dimostrano la notevole gamma di tecnologie fotovoltaiche emergenti nonché gli sviluppi nelle loro applicazioni. Descrivono anche alcune delle sfide per un’implementazione diffusa”. 

Le principali tecnologie fotovoltaiche emergenti?

Ma quali sono le tecnologie fotovoltaiche emergenti analizzate? Nel campo del silicio, il semiconduttore numero uno per il solare, si va dal fotovoltaico bifacciale al quello in silicio nero o nanostrutturato. Mentre per il primo si prospetta un futuro solido, anche perché supportato dalle principali architetture di cella (PERC/PERL/PERT/TOPCon), per il secondo la fattibilità industriale sembra molto più complessa. E avrebbe bisogno di un’analisi più approfondita dei costi e del ciclo di vita. Leggi anche Celle solari perovskite-silicio nero, 28.2% di efficienza.

Sulle innovazioni nel campo del fotovoltaico a film sottile gli autori riportano fondamenti e limiti di efficienza di due serie di materiali: il CIGS e il CdTe (la tecnologia fv thin film più diffusa). Nel primo caso si evenienza come la tecnologia abbia sofferto parecchio del divario tra efficienza delle celle e quella dei moduli e come sia possibile eliminare tale gap “utilizzando assorbitori con band gap più ampio, progettando nuovi modi per assemblare le celle in moduli e sviluppando contatti conduttivi più trasparenti“. Nel secondo caso, i moduli in CdTe possono già oggi competere con quelli in Silicio in alcuni mercati, contando inoltre su tempi di ammortamento energetico inferiori e un minore impatto ambientale. Ma gli esperti sottolineano che un ulteriore aumento dell’efficienza permetterebbe di tagliare i costi. Leggi anche In produzione il primo pannello solare bifacciale in CdTe.

Il fotovoltaico organico, invece, porta con sé ancora parecchie sfide da risolvere. Gli autori evidenziano come nel caso di celle solari organiche semitrasparenti sia necessario migliorare sia le prestazioni che la trasmittanza visibile media incorporando materiali che assorbono il vicino infrarosso nello strato attivo. Affrontando anche la questione della stabilità, necessaria per raggiungere la fattibilità commerciale in applicazioni su vasta area. Leggi anche Celle solari organiche ternarie, efficienza al 19.17%.

Le celle solari sensibilizzate con coloranti (DSSC) o celle di Graetzel hanno fatto passi avanti da gigante ma al momento la scalabilità commerciale è frenata dalla ricombinazione della carica, la principale causa di perdita di efficienza in questa tecnologia. Leggi anche Celle di Grätzel, fino al 30% di efficienza con la luce diffusa. È record.

Ampio il capitolo delle perovskiti il cui contributo alle tecnologie fotovoltaiche emergenti arriva soprattutto dalle architetture tandem o multi-giunzione. L’impilamento di una sottocella in perovskite su una in silicio cristallino oggi promette di aumentare l’efficienza di conversione oltre il 30% e ridurre i costi livellati dell’elettricità. Una delle sfide principali in questo caso consiste nel riuscire a scalare i prodotti di laboratorio. Leggi anche Il fotovoltaico tandem silicio perovskite infrange un nuovo record.

Applicazioni fotovoltaiche di domani

“Una delle aree emergenti e maggiormente fiorenti del fotovoltaico è la raccolta della luce interna”, scrivono gli autori del report. “Il progresso del fotovoltaico indoor è stimolato dal rapido sviluppo dell’Internet delle cose (IoT)e dall’urgenza di rendere questa tecnologia più sostenibile e duratura”. I materiali più promettenti finora per questo scopo risultano ad oggi il silicio amorfo, le DSSC, il fotovoltaico organico e le perovskiti agli alogenuri.

Ma tra le applicazioni più promettenti a breve termine della tecnologia fotovoltaica emergente, è l’agricoltura a dominare il comparto. Per gli esperti l’agrivoltaico sta conquistando il mercato, seguito dagli impianti integrati nei parcheggi, da quelli destinati allo Spazio, all’IoT, all’automotive. Al contempo si sta rafforzando una sorta di trend per il fotovoltaico “geograficamente su misura”, finalizzato a progettare le risposte spettrali e di temperatura, le caratteristiche di stabilità e protocolli di test per condizioni più nordiche.

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