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Il fotovoltaico di domani? Con il grafene, sarà alla portata di tutti

La sfida della ricerca sul fotovoltaico spinge per superare la tecnologia basata sul silicio, verso un nuovo sistema economicamente conveniente e sostenibile. Un team guidato dal Dipartimento di Fisica e astronomia dell’Università di Firenze ha spiegato per la prima volta gli effetti positivi dell’uso del «grafene» applicato a una classe di semiconduttori, le «perovskiti», candidate ad essere la futura alternativa al silicio

L’utilizzo del grafene potrebbe migliorare le prestazioni del fotovoltaico del futuro e renderlo finanziariamente accessibile. Questo, in sintesi, il risultato di una recente ricerca pubblicata sulla rivista «Advanced Energy Materials», frutto del lavoro di un team guidato da Anna Vinattieri, docente di Fisica sperimentale, e dal ricercatore Francesco Biccari, entrambi del Dipartimento di Fisica e astronomia dell’Università di Firenze («Graphene-Based Electron Transport Layers in Perovskite Solar Cells: A Step-Up for an Efficient Carrier Collection» DOI: 10.1002/aenm.201701349).

Attualmente la tecnologia dominante nel campo del fotovoltaico è quella basata sul silicio”, spiega Anna Vinattieri. “Ma negli ultimi anni varie ricerche hanno dimostrato che una classe di minerali semiconduttori accomunati dalla stessa struttura cristallina, le perovskiti, portano a efficienze di conversione della luce solare in energia elettrica (la cosiddetta conversione fotovoltaica) comparabili a quelle della tecnologia del silicio cristallino. Le perovskiti, come il silicio, sono ecocompatibili – continua Vinattierima al contrario di quest’ultimo sono prodotte in maniera molto più semplice e con processi a bassissimo costo che permettono persino la loro deposizione su substrati flessibili”.

Il gruppo guidato dall’Ateneo Fiorentino, in collaborazione con i team di Aldo di Carlo (Università di Roma Tor Vergata e The Centre for Hybrid and Organic Solar Energy-CHOSE), di Francesco Bonaccorso (Istituto Italiano di Tecnologia di Genova) e di Emmanuel Kymakis (Technological Educational Institute di Creta), ha dimostrato che se all’interno della cella fotovoltaica di perovskite vengono aggiunti in maniera opportuna del grafene (G) e dell’ossido di grafene, per così dire «dopato» con atomi di Litio (GO-Li), sia la velocità nella separazione di carica nella cella che la densità di difetti della perovskite vengono migliorate notevolmente, portando, di conseguenza, a un incremento dell’efficienza di conversione fotovoltaica.

Altre ricerche in precedenza avevano già usato l’ossido di grafene su celle di perovskite – spiega Francesco Biccarima noi siamo stati i primi, con misure ottiche, a indagare gli effetti positivi di questo utilizzo. Il risultato è importante non soltanto per l’incremento di efficienza raggiunto, ma anche perché la stessa tecnica potrà essere sperimentata in altri materiali. Gli esperimenti finora effettuati, come il nostro, sono stati effettuati su perovskiti costituite da un composto ibrido organico-inorganico, la cui parte organica purtroppo si degrada molto velocemente in presenza di umidità”.

Lo scenario del prossimo futuro vedrà, dunque, l’uso del grafene e dell’ossido di grafene, su celle di perovskite completamente inorganica “in tal modo saranno possibili nuovi miglioramenti e queste nuove tecnologie saranno più vicine alla commercializzazione”.

La ricerca è stata finanziata dalla Fondazione Cassa di Risparmio di Firenze, dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, e dal Programma quadro europeo per la ricerca e l’innovazione Horizon 2020.

[ Alessandro Ferri ]