Una delle cause principali dei cambiamenti climatici è rappresentata dall’effetto serra, dovuto in buona parte all’immissione in atmosfera di anidride carbonica proveniente dalla combustione di carbone ed idrocarburi per la produzione di energia elettrica. La riduzione della produzione di anidride carbonica può provenire, insieme alla riduzione dei consumi, dallo sviluppo di energie alternative o rinnovabili, tra cui un ruolo di rilievo sempre crescente è rivestito dall’energia prodotta per via fotovoltaica. Il rapido sviluppo delle tecnologie fotovoltaiche ha portato, nell’ultimo decennio, ad una drastica riduzione del costo di produzione per KWh tanto che, attualmente, tali tecnologie risultano significativamente più convenienti rispetto a tutte le altre fonti energetiche tradizionali. Questo ha portato dal 2000 al 2019, a livello globale, ad un aumento esponenziale della potenza installata. Attualmente, sono installati globalmente impianti capaci di produrre più di 630 GWh (fonte). Per questo motivo, numerosi studi internazionali evidenziano come l’energia fotovoltaica sia destinata a crescere sempre di più in importanza rispetto alle altre fonti energetiche, fino a risultare nel 2100 la fonte energetica prevalente (dati European Photovoltaic Industry Association), in conseguenza del fatto che si tratta di una risorsa energetica pulita, economicamente competitiva, ma soprattutto, potenzialmente illimitata.
L’evoluzione della produzione di energia fotovoltaica è fortemente condizionata dallo sviluppo delle tecnologie di produzione connesse. I pannelli solari attualmente sul mercato sono costituiti da celle di tipo inorganico a base di silicio mono- o poli-cristallino. Hanno un’efficienza di conversione superiore al 20%, sono stabili per molti anni, ma hanno costi di produzione e smaltimento relativamente elevati, essendo necessario silicio con elevato grado di purezza e cristallinità. I pannelli al silicio sono inoltre rigidi e non trasparenti, aspetti che ne limitano la versatilità di impiego.
Da alcuni anni si sta però sviluppando una nuova generazione di celle dette di tipo organico (Fotovoltaico Organico, OPV). Tali celle sono più economiche, leggere, flessibili, trasparenti ed in grado di lavorare anche in condizioni di luce diffusa, ma finora presentano efficienza inferiore a quelle tradizionali (15-18%) ed hanno minore stabilità nel tempo. Le celle solari organiche possono essere realizzate mediante processi di stampa, con stampanti a getto di inchiostro che depositano il materiale organico sotto forma di inchiostri su film plastici flessibili. Questa procedura produttiva consente l’ottenimento di grandi pannelli trasparenti in grado di integrarsi architettonicamente con gli edifici, fino a ricoprirne intere facciate. Inoltre, l’elevata sensibilità delle celle OPV consente anche il loro impiego “indoor” per il recupero ed il riciclo della radiazione luminosa emessa dalle sorgenti (sia LED che alogene) impiegate per l’illuminazione interna degli edifici. Per tutte queste ragioni, nonostante le celle solari al silicio coprano ancora il 95% del mercato, i dispositivi OPV sono destinati a rivestire un crescente interesse commerciale.
Questa nuova tecnologia solare presenta vantaggi di potenzialità e versatilità che giustificano il grande sforzo scientifico e tecnologico attualmente perseguito dai laboratori di tutto il mondo che sta rapidamente portando ad un incremento dell’efficienza di conversione dell’energia solare tale da colmare il gap attualmente presente rispetto ai migliori pannelli tradizionali.
Articolo a cura di:
Dott.ssa Sandra Belviso
Dipartimento di Scienze, Università della Basilicata
- Articolo Completo: “Nuovi materiali ibridi a base di grafene per il fotovoltaico organico”