Le celle solari hanno raggiunto un nuovo record entusiasmante, secondo i ricercatori, superando il 30% di efficienza nella conversione dell’energia grazie alla combinazione di tecnologie sviluppate da diverse organizzazioni di tutto il mondo.
Questa svolta è stata salutata come uno sviluppo “rivoluzionario” e ha il potenziale per accelerare l’adozione dell’energia solare.
I limiti di efficienza e il loro abbattimento
Gli attuali pannelli solari impiegano celle a base di silicio, ma il tasso di conversione della luce in elettricità massimo si assesta intorno al 29%, limite che presto sarà raggiunto.
La necessità di aumentare di dieci volte l’installazione di energia solare per affrontare la crisi climatica da una parte e il bisogno di rimpicciolire le superfici occupate dai pannelli fotovoltaici hanno portato al nuovo record: il recente risultato prevede l’incorporazione di uno strato di perovskite, semiconduttore già noto per le sue qualità, sopra lo strato di silicio.
Le prestazioni migliori raggiunte in laboratorio sono state attribuite alla risoluzione dei minuscoli difetti sulla superficie dello strato di perovskite con l’incorporazione di uno strato di molecole organiche tra perovskite e conduttore, che ha compensato i difetti del minerale.
Lo strato di perovskite aggiuntivo cattura la luce blu dallo spettro visibile, mentre lo strato di silicio cattura la luce rossa, determinando un aumento complessivo della luce catturata.
Con più energia assorbita per cella, il costo dell’elettricità solare diventa più accessibile e la distribuzione a livello industriale può essere accelerata per mitigare il riscaldamento globale.
Il tandem delle meraviglie
I ricercatori hanno studiato le celle “tandem” di perovskite-silicio per circa un decennio e i recenti progressi hanno spinto la loro efficienza oltre il 30%.
Gli esperti suggeriscono che se la produzione di queste celle tandem dovesse aumentare senza intoppi, potrebbero essere disponibili in commercio entro cinque anni, in coincidenza con il raggiungimento della massima efficienza prevista delle celle di solo silicio.
Attualmente, il record di efficienza più elevato per le celle solari di solo silicio è del 24,5% per le celle commerciali e del 27% in laboratorio. Quest’ultima cifra è probabilmente vicina al massimo possibile del 29%.
A partire dal 2022, la capacità globale di energia solare ha raggiunto 1,2 Terawatt. Tuttavia, per evitare conseguenze catastrofiche legate al riscaldamento del pianeta, la capacità totale dovrebbe raggiungere circa 75 Terawatt entro il 2050, motivo per cui l’industria solare è impegnata costantemente in una corsa bramosa per rendere più efficienti le celle fotovoltaiche, poiché quelle di solo silicio potrebbero non essere sufficienti a fronteggiare la domanda.
I gruppi di ricerca e il nuovo record di efficienza
Da una parte all’altra del pianeta le scoperte sulla perovskite hanno innescato gli studi di ricercatori ed esperti del settore che puntano a migliorare sempre di più la conversione della luce in elettricità.
Il team guidato da Steve Albrecht presso il Centro Helmholtz di Berlino per i materiali e l’energia in Germania ha recentemente reso pubbliche le informazioni sul raggiungimento di efficienze fino al 32,5% per le celle di silicio-perovskite.
Un altro gruppo, guidato dal Dr. Xin Yu Chin del Federal Institute of Technology di Losanna, in Svizzera, ha dimostrato un’efficienza del 31,25% e ha evidenziato il potenziale di alta efficienza e bassi costi di produzione delle celle tandem.
Questi risultati rappresentano pietre miliari significative, secondo il professore Stefaan De Wolf della King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita, dove il suo team di ricerca ha sfiorato un’efficienza del 33,7% con una cella tandem a giugno.
Il professore ha descritto quest’anno come “rivoluzionario” ed ha espresso entusiasmo per i rapidi progressi compiuti da diversi gruppi di ricerca.
De Wolf ha infatti dichiarato:
Il superamento della soglia del 30% incoraggia a pensare che il fotovoltaico ad alte prestazioni e a basso costo possa essere introdotto effettivamente sul mercato in tempi brevi.
In Cina, nel frattempo, la società LONGi, il più grande produttore mondiale di celle solari, ha annunciato a giugno di aver raggiunto un nuovo record di efficienza del 33,5% nelle sue sperimentazioni. La riduzione del costo dell’elettricità rimane una forza trainante per l’industria fotovoltaica, secondo Li Zhenguo, presidente di LONGi.
Inoltre, sebbene tutte le celle tandem con un’efficienza superiore al 30 percento siano attualmente piccole, misurando 1 cm per 1 cm, sono in corso sforzi per ridimensionarle fino ai formati delle celle commerciali, che sono 15 cm quadrati.
l processo di ridimensionamento è già iniziato, con la società britannica Oxford PV che ha annunciato a maggio un’efficienza record del 28,6% per una cella di dimensioni commerciali. Oxford PV ha ottenuto questo risultato utilizzando la stessa linea di produzione delle tradizionali celle di solo silicio, rendendo più fattibile la produzione su larga scala di celle tandem.
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Il momento giusto per investire nella ricerca
Il ritmo veloce e incalzante del settore, trainato per lo più dall’Asia, impone all’Europa e gli Stati Uniti di aumentare i finanziamenti per la ricerca e lo sviluppo al fine di tenere il passo e contribuire alla diffusione accelerata dell’energia solare.
Le riduzioni dei costi ottenute sono la ragione principale per cui l’energia solare gioca un ruolo sostanziale nei sistemi energetici decarbonizzati. I miglioramenti nell’efficienza hanno il potenziale per aumentare la produzione solare, rafforzando ulteriormente l’impatto positivo dell’energia pulita.
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