Riconoscimento all’Innovazione Eni: Nuove celle fotovoltaiche trasparenti a base di perovskite per l’integrazione sulle facciate degli edifici
Eni Award, il premio alla ricerca e all’innovazione tecnologica applicata al mondo dell’energia, è giunto quest’anno alla quindicesima edizione. Viene ormai considerato come una sorta di premio Nobel per l’Energia: non sono mancati i casi in cui, alcuni degli scienziati vincitori di Eni Award, abbiano poi proseguito la loro carriera vincendo anche un Premio Nobel per la Chimica o per la Fisica.
Anche quest’anno, la giuria internazionale ha premiato scoperte che rendono possibili innovazioni radicali nello sviluppo delle energie rinnovabili, nel miglioramento dell’efficienza energetica, nella decarbonizzazione e nella salvaguardia dell’ambiente.
Il Premio comprende anche tre riconoscimenti all’innovazione Eni dedicati alle più brillanti innovazioni tecnologiche sviluppate da ricercatori e tecnici che lavorano nei laboratori del cane a sei zampe.
Il primo dei tre riconoscimenti è stato vinto da una squadra multidisciplinare che abbraccia il nord e il sud Italia composta dai ricercatori Paolo Biagini e Riccardo Po’, del Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili, la Fusione Magnetica e la Scienza dei Materiali di Novara, insieme a Francesco Bisconti, Antonella Giuri, Aurora Rizzo e Silvia Colella, dell’Istituto di Nanotecnologie (NANOTEC) del CNR di Lecce.
Il loro impegno congiunto ha permesso di realizzare celle fotovoltaiche semi-trasparenti basate su un materiale innovativo detto perovskite.
Una tecnologia solare avanzata, conveniente ed efficiente
Le perovskiti sono minerali a base di titanato di calcio scoperti sui monti Urali nel 1839; prendono il loro nome da Lev Alekseevic Perovskij, membro dell’Accademia Russa delle Scienze di San Pietroburgo e uno dei più celebri pionieri della mineralogia.
Fin dal 2009, la particolare struttura cristallina del titanato di calcio ha ispirato numerose ricerche in tutto il mondo volte a realizzare materiali sintetici con quella struttura anche a base di atomi diversi da calcio e titanio ma dotati di proprietà fotoattive. Si tratta di materiali in grado di assorbire la luce del Sole – che li colpisce sotto forma di fotoni – e di sfruttare l’energia di questi fotoni per ottenere una separazione delle cariche elettriche all’interno del materiale fotoattivo nel cuore del dispositivo. Questa separazione di cariche si trasforma in energia elettrica, rendendo così possibile la realizzazione di una cella fotovoltaica. In particolare, risultano particolarmente efficienti le perovskiti a base di piombo, alogeni e sali di ammonio.
L’efficienza delle celle solari realizzate con questi materiali è passata dal 3,8% dei primi prototipi fino al 25,7% superando l’efficienza non solo delle analoghe celle fotovoltaiche organiche ma anche delle già molto diffuse celle a base di silicio che troviamo su molti dei nostri tetti. La ricerca sulle celle a perovskite è al momento la tecnologia solare dove si registrano i maggiori coinvolgimenti da parte dei centri ricerche di tutto il mondo, ma anche il maggior sviluppo delle tecnologie connesse con la loro realizzazione.
Insieme alle celle fotovoltaiche organiche, le celle a perovskite sono caratterizzate dalla possibilità di essere realizzate in film sottili semitrasparenti e da bassi costi dei materiali e delle tecniche di produzione. Ed è proprio la discreta trasparenza di questa nuova classe di celle solari a permetterci di immaginare applicazioni finora impossibili per le celle solari tradizionali, come l’integrazione sulle facciate e sulle finestre degli edifici.
Un materiale innovativo per il settore delle finestre
Questo impiego in particolare è promosso dalle recenti direttive internazionali ed europee nell’ambito dell’efficienza energetica degli edifici ed è quindi destinato ad avere un vastissimo campo di utilizzo.
Un’altra potenziale applicazione di estremo interesse è quella del cosiddetto agrivoltaico, ovvero della generazione di elettricità accoppiata alla coltivazione di piante, che sfrutta appunto la semitrasparenza di questa nuova classe di dispositivi fotovoltaici.
Per aumentare la trasparenza delle perovskiti, i ricercatori Eni si sono concentrati su nuovi materiali compositi ottenuti facendo interagire i precursori della perovskite con polimeri trasparenti alla luce visibile. In particolare, l’inclusione di idrossietilcellulosa nello strato di perovskite sintetica (con formula CH3NH3PbI3) ha portato numerosi vantaggi come la semplificazione delle condizioni di produzione e l’aumento della trasmittanza media nel visibile – cioè della trasparenza – fino al 22%; mantenendo al contempo una buona efficienza (fino al 12%).
Ciò ha permesso di raggiungere un valore di efficienza di utilizzo della luce (il prodotto dei precedenti due valori, che offre una misura delle performances del dispositivo) attorno al 2.4%. Questo si pone tra i valori migliori riportati finora ed è considerato adatto per l’utilizzo nel settore delle finestre.
Oltre all’invenzione di queste innovative celle a perovskite, gli scienziati Eni e CNR hanno anche ideato e realizzato l’innovativo metodo di produzione che permette di realizzare le celle stesse per deposizione dello strato fotoattivo in un singolo passaggio, con una significativa riduzione dei costi rispetto alle tecnologie oggi disponibili.
Paolo Biagini, Riccardo Po’ e dei ricercatori del CNR di lecce che hanno collaborato a questo brillante successo scientifico hanno ricevuto il premio dalle mani del Presidente della Repubblica Italiana, Sergio Mattarella durante la cerimonia che si è tenuta il 3 ottobre al Quirinale.
