Un pannello solare, nell'immaginario comune, è una lastra pesante appoggiata sul tetto. Il progetto europeo DIAMOND lavora invece su un sottile strato di cristalli che cattura la luce con grande efficienza e che un giorno potrebbe essere prodotto in Europa. Dietro c'è un mestiere fatto di fisica dello stato solido, chimica dei materiali e ingegneria di processo — lo stesso a cui guardano le cinque domande in fondo, su quanto attiri lavorare su materiali che quasi nessuno conosce ancora.
Il titolo originale dell'articolo di CORDIS sembra uno scherzo: come può una stampante autoalimentarsi? È però il modo più rapido per dire che cosa cambia quando il fotovoltaico smette di essere una lastra rigida e diventa un film sottile, pensato più come rivestimento che come struttura. L'energia solare è un elemento fondamentale per gli obiettivi di neutralità climatica dell'UE, e il modo in cui le celle vengono fabbricate decide quanto in fretta ci si possa avvicinare a quegli obiettivi.
Perovskite non è il nome di un singolo materiale, ma di una famiglia di cristalli che condividono la stessa struttura: gli atomi si dispongono secondo uno schema ripetuto e regolare, e da quello schema dipende il modo in cui il materiale assorbe la luce. La tecnologia solare a perovskite utilizza un sottile strato di cristalli per ottenere un'elevata efficienza nella cattura dell'energia.
Uno strato sottile significa però anche meno materiale per metro quadrato, meno peso e processi di fabbricazione diversi da quelli che servono a tagliare lastre di silicio. Quando una funzione — qui assorbire la luce e separare le cariche elettriche — passa da un blocco spesso a uno strato sottilissimo, cambiano anche i macchinari, i difetti da tenere sotto controllo e le competenze richieste in fabbrica.
L'attuale tecnologia al silicio sta raggiungendo il suo limite teorico. Vale la pena smontare la frase, perché non significa che gli ingegneri abbiano finito le idee. L'efficienza di una cella è la quota di energia luminosa che arriva sulla superficie e che esce dall'altra parte come energia elettrica. Per ogni materiale esiste un tetto calcolabile in anticipo: la luce del Sole porta fotoni di energie diverse, il materiale ne sfrutta bene solo una parte, il resto lo attraversa oppure si disperde in calore. Quel tetto dipende dalle proprietà fisiche del materiale, non dall'abilità di chi costruisce la cella.
Per questo, vicino al limite teorico ogni frazione di punto costa uno sforzo enorme, e la via d'uscita non è lavorare meglio lo stesso materiale: è cambiarlo. È lo spazio in cui si muove la ricerca sulle perovskiti.
Il progetto DIAMOND, finanziato dall'UE e coordinato dalla Germania, si è posto l'obiettivo di promuovere lo sviluppo della tecnologia solare a perovskite. Il coordinatore Uli Würfel riassume così il risultato principale: «Siamo stati lieti di aver registrato un'efficienza di conversione della potenza della cella solare di poco superiore al 27 %, superando quello che all'epoca era il record mondiale per le celle solari in silicio cristallino».
Conviene leggerla con attenzione. L'efficienza di conversione della potenza è la misura standard con cui si confrontano celle diverse, e il record citato è quello del momento, non un valore definitivo: un primato di laboratorio dice che la strada è percorribile, non che il prodotto è pronto.
Tra una cella da record e un pannello che resta sul tetto per anni c'è una lista di condizioni da soddisfare tutte insieme:
Stabili, economici e producibili in Europa: così i pannelli fotovoltaici a perovskite vengono descritti come la prossima generazione dell'energia solare. «I nostri risultati confermano il potenziale della tecnologia fotovoltaica a perovskite, che, una volta applicata su scala industriale, creerà nuovi posti di lavoro e ridurrà la dipendenza dalle importazioni di pannelli fotovoltaici e, in ultima analisi, dell'energia stessa», spiega Würfel.
Quasi tutta la produzione di pannelli avviene in Asia. È un dato industriale, non una questione di orgoglio: chi fabbrica decide i tempi di consegna, i prezzi e gli standard tecnici, e chi compra si adatta. Produrre in Europa significa costruire linee, formare tecnici e tenere in casa il know-how di processo, quella conoscenza pratica che non sta nei brevetti ma nelle persone che regolano i macchinari ogni giorno.
Per chi studia è qui che il tema smette di essere astratto. Dietro una cella a perovskite ci sono fisica dello stato solido, chimica dei materiali, ingegneria chimica e ingegneria di processo; ci sono la caratterizzazione dei campioni e lo scale-up, cioè il passaggio dal provino di laboratorio alla produzione ripetibile. Sono percorsi diversi che in un progetto come DIAMOND finiscono per lavorare sullo stesso oggetto.
Il messaggio dell'articolo sta in poche righe: il silicio si avvicina al proprio limite teorico, un sottile strato di cristalli permette di guardare oltre, e DIAMOND ha registrato un'efficienza di conversione di poco superiore al 27 %, oltre il record mondiale del momento per le celle in silicio cristallino. Tutto il resto — stabilità, costo, impronta di carbonio, luogo di fabbricazione — è il lavoro che separa un risultato di laboratorio da un pannello sul tetto. È un lavoro lungo, e ha bisogno di persone che lo sappiano fare.
5 domande · un minuto · senza salvare nulla
EN
CS
DE
ES
FR
HU
IT
PL
PT
РУ
SK
TR
УК
AR
中文
