Nel laboratorio di Swift Solar, più di una dozzina di paia di guanti di gomma lunghi fino al gomito fluttuano orizzontalmente nell’aria, gonfiati come braccia. I guanti sono gonfiati dal gas azoto e sporgono da armadi con pareti di vetro all’altezza della vita progettati per mantenere gli spazi di lavoro asciutti e ermetici per proteggere i delicati materiali solari all’interno.
In un angolo, il tecnico Roger Thompson mette le mani su uno dei guanti e inizia a incastrare piccole lastre di vetro su una piastra metallica. Presto, un nastro trasportatore porterà il cartello dietro una porta di metallo, dove la “magia della scatola nera”, come la chiama il CEO di Swift, Joel Jean, aggiungerà un rivestimento chimico progettato per condurre corrente elettrica.
Swift, che gestisce questa struttura in un tranquillo quartiere industriale della Silicon Valley, fa parte di un gruppo crescente di aziende che sperimentano la tecnologia solare di prossima generazione. La startup è in competizione per produrre celle solari commercialmente valide che rivestono il silicio tradizionale con materiali chiamati perovskiti.
L’impilamento di questi due materiali, che assorbono diverse lunghezze d’onda della luce, consente ai pannelli solari di raggiungere efficienze più elevate e produrre più elettricità per pannello. Ciò significa che le celle solari tandem alla perovskite potrebbero ridurre i costi e aumentare la quantità di elettricità rinnovabile sulla rete.
La promessa è significativa. Ma aziende e scienziati lavorano con la tecnologia da più di un decennio senza alcuna implementazione commerciale. Essendo un materiale solare, le perovskiti sono volubili: sono sensibili all’acqua, al calore e alla luce. E alcuni ricercatori avvertono che il tempo potrebbe stringere.
“Ho la sensazione che se nei prossimi due o tre anni non ci saranno prodotti a base di perovskite, il mercato potrebbe perdere fiducia in questa tecnologia”, afferma Bin Chen, un professore assistente di ricerca che si concentra sulla tecnologia della perovskite presso la Northwestern University. Ricercatori e startup, tra cui Swift, stanno lavorando instancabilmente per sviluppare questi prodotti, incoraggiati dai recenti progressi nel rendere le perovskiti più durevoli.
Negli ultimi mesi, anche alcune delle più grandi aziende solari del mondo hanno dato la loro fiducia alla tecnologia, investendo in linee di produzione pilota o acquistando startup di perovskite.
Ora queste aziende devono dimostrare di poter superare le difficoltà che da anni affliggono le perovskiti e allo stesso tempo produrre milioni di pannelli con un’efficienza record.
“Sul retro” di silicio
Molte di queste aziende ritengono che la chiave del successo delle perovskiti sarà l’integrazione con tecnologie solari comprovate, che potrebbero dare alle perovskiti parte della stabilità e della fiducia del mercato duramente guadagnate.
“Il principale punto di ingresso delle perovskiti nel mercato è letteralmente sul retro del silicio”, afferma Barry Rand, professore di ingegneria elettrica e informatica all’Università di Princeton.
Attualmente, oltre il 90% dei pannelli solari venduti in tutto il mondo sono realizzati in silicio cristallino. Decenni di esperienza con questa tecnologia significano che gli sviluppatori sanno come pianificare i progetti attorno ad essa e i finanziatori sanno come valutare gli investimenti per i progetti che la utilizzano.
L’applicazione di perovskiti a questi pannelli potrebbe dare alle aziende solari un vantaggio in un settore altamente competitivo. “Se riesci a risolverlo, a creare un modulo solare migliore, ne trarrai dei soldi”, afferma Jenny Chase, analista solare presso il servizio di ricerca BloombergNEF. “L’idea è quella di realizzare qualcosa che sia più economico da produrre per watt, e poi puoi venderlo a un prezzo più alto perché avrà un’efficienza piuttosto elevata.
” Questo è più facile a dirsi che a farsi. Le perovskiti, che sono composte da alogenuri metallici e condividono una struttura cristallina unica, devono affrontare due sfide importanti: aumentare la durabilità e aumentare la produzione. Le perovskiti possono reagire con l’ossigeno presente nell’aria o degradarsi se esposte alla luce: un grosso problema per un prodotto solare.
Per creare tandem di perovskite con strutture più stabili, le aziende pianificano di posizionare strati di perovskite su altre celle solari, utilizzando l’evaporazione, la stampa (come l’inchiostro su un giornale) e persino lo “spin-coating” – una tecnica che assomiglia alla spin art degli anni ’90. Cambiare la composizione dello strato di perovskite potrebbe anche aiutarli a durare più a lungo.
Chen e Rand collaborano a due progetti recentemente finanziati con milioni di dollari a sostegno del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti per testare configurazioni di perovskite-silicio che potrebbero essere più durevoli e più rapidamente commercializzate. Altri partecipanti includono università, diverse startup di perovskite (tra cui Swift) e il National Renewable Energy Laboratory degli Stati Uniti.
Mantenere la forza
Rand, il cui team a Princeton studia come impedire il degrado delle perovskiti, afferma che il campo si è evoluto molto negli ultimi sette anni. I pannelli attuali sono meglio incapsulati per tenere lontana l’acqua. Ora, dice che è semplicemente un gioco di eliminazione: determinare quali componenti chimici in una cellula hanno maggiori probabilità di reagire e scambiarli. Ma non ritiene che l’esecuzione di ulteriori esperimenti dovrebbe ostacolare la commercializzazione.
“Penso che i risultati siano sufficientemente promettenti per effettuare questi investimenti”, afferma. “Ma non dovresti considerarlo come un “lavoro finito”. Ci sono ancora molti progressi da fare, soprattutto per quanto riguarda la stabilità”.
Tomas Leijtens, co-fondatore e chief technology officer di Swift, afferma che l’azienda ora può esporre le sue celle a temperature fino a 70°C mentre le fa funzionare alla luce senza degradazione. “Questo era qualcosa, direi, impensabile cinque anni fa”, dice, seduto a un tavolo ornato da un modello in perovskite rosa acceso.
Ma l’industria deve garantire che ogni cella sia altrettanto durevole. In tutto il mondo, le aziende producono ogni anno centinaia di milioni di pannelli solari, ciascuno contenente decine di celle. Prima di essere utilizzati nei progetti, i pannelli devono superare rigorosi test di settore, come la resistenza a rapidi cambiamenti di temperatura, umidità e grandine. Swift, fondata nel 2017, non ha ancora iniziato i test indipendenti; per ora sta sottoponendo le sue cellule ad alcune di queste condizioni nel suo laboratorio e ha un pannello collegato al tetto.
Startup come Swift e Oxford PV – una società britannica creata da un laboratorio di ricerca universitario dove un tempo lavoravano alcuni dei fondatori di Swift – stanno lavorando con le più grandi aziende del settore per portare i tandem sul mercato. Oxford PV afferma che inizierà a spedire i pannelli tandem di perovskite ai clienti entro la fine dell’anno. A maggio, First Solar, con sede in Arizona, il più grande produttore di energia solare degli Stati Uniti, ha acquistato una società europea di perovskite chiamata Evolar.
In una dichiarazione sull’acquisizione di Evolar, il CEO di First Solar Mark Widmar ha affermato che la società ritiene che “i moduli fotovoltaici tandem ad alta efficienza definiranno il futuro”. Pochi giorni dopo, Hanwha Q Cells, con sede in Corea, un altro importante produttore, ha dichiarato che stava investendo 100 milioni di dollari per creare una linea pilota tandem di perovskite. Nel 2022, Q Cells ha contribuito ad avviare Pepperoni, una collaborazione europea per promuovere i tandem.
I ricercatori che lavorano sulle perovskiti affermano che per la commercializzazione delle cellule tandem potrebbero volerci anni, non decenni. Jean afferma che Swift spera di avere un prodotto pronto per essere commercializzato entro quattro anni. Gli incentivi del Reducing Inflation Act, che includeva crediti per i prodotti energetici puliti fabbricati negli Stati Uniti, dovrebbero aiutare.
Ma i perovskiti hanno scettici e sostenitori. Chase afferma che gli attuali pannelli di silicio sono già abbastanza buoni per aiutare la transizione mondiale verso l’energia pulita e combattere il cambiamento climatico. Ha a lungo messo in dubbio la capacità delle perovskiti di cambiare lo status quo nel settore dell’energia solare. “Non è possibile creare la tecnologia dei semiconduttori con slancio”, afferma. “La tecnologia deve funzionare”.
Tuttavia, considerando quanta energia solare sarà necessaria per decarbonizzare la rete, i sostenitori della perovskite affermano che tutta l’efficienza aggiuntiva sarà importante.
“Anche se è vero che il silicio è ottimo, i tandem sono migliori”, afferma Leijtens. “Nella lotta per combattere il cambiamento climatico, dobbiamo accelerare, non limitarci a dire: ‘Oh, va bene, abbiamo finito’. Tutto può continuare a essere migliorato”.
( fonte: MIT Technology Review )
