Una finestra che consente il passaggio della luce, ma al contempo genera elettricità. Non si tratta di un pannello scuro fissato al vetro, né di una facciata trasformata in un impianto tecnico, ma di una pellicola estremamente sottile, quasi invisibile, capace di catturare parte della radiazione solare senza alterare significativamente l’aspetto dell’edificio.
Questa è l’idea alla base delle nuove celle solari ultrasottili in perovskite sviluppate da un team di ricerca della Nanyang Technological University di Singapore. Lo studio, pubblicato su ACS Energy Letters, illustra dispositivi con strati assorbenti spessi fino a 10 nanometri, ovvero circa 10.000 volte più sottili di un capello umano e notevolmente più sottili rispetto alle celle solari in perovskite tradizionali.
Non ci troviamo di fronte a finestre fotovoltaiche già pronte per essere installate in ogni abitazione. Siamo ancora in una fase di ricerca avanzata. Tuttavia, il risultato è interessante poiché cerca di affrontare uno dei problemi più evidenti del fotovoltaico integrato negli edifici: come generare energia senza occupare nuovo suolo e senza trasformare ogni superficie in un pannello visibile.
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Una cella sottile quasi impercettibile
Le celle sono composte da perovskite, una categoria di materiali ampiamente studiata per il fotovoltaico di nuova generazione. Rispetto al silicio tradizionale, le perovskiti possono essere lavorate in strati estremamente sottili, a temperature relativamente basse e con proprietà ottiche modificabili.
Nell’esperimento condotto a Singapore, i ricercatori hanno impiegato un processo noto come evaporazione termica: i materiali vengono riscaldati in una camera a vuoto fino a evaporare, quindi si depositano su una superficie formando un film sottile e uniforme. Questa tecnica è interessante perché può essere compatibile con processi industriali e consente di controllare con precisione lo spessore dello strato attivo.
Modificando quello spessore, il team è riuscito a ottenere dispositivi più opachi oppure semitrasparenti. Qui il dato diventa concreto: una cella con uno strato di perovskite da 60 nanometri ha lasciato passare circa il 41% della luce visibile e ha raggiunto un’efficienza di conversione del 7,6%. Nelle versioni opache, invece, le celle con strati da 10, 30 e 60 nanometri hanno ottenuto efficienze di circa 7%, 11% e 12%.
Numeri inferiori rispetto ai pannelli solari tradizionali installati sui tetti, è vero. Tuttavia, il punto non è sostituire il fotovoltaico convenzionale. Si tratta di recuperare superfici che attualmente non producono nulla: vetri, facciate, finestre, display, piccoli dispositivi elettronici.
Perché le finestre sono importanti
Gli edifici consumano una porzione significativa dell’energia globale. Per questo motivo, il fotovoltaico integrato nell’architettura è considerato una delle soluzioni più promettenti per le città ad alta densità, dove i tetti non sono sufficienti e lo spazio disponibile è limitato.
Secondo le stime preliminari fornite dalla NTU, l’applicazione di questa tecnologia su un grande edificio con facciata vetrata potrebbe, in teoria, generare diverse centinaia di megawattora all’anno, a seconda dell’area utilizzabile, dell’esposizione e dell’orientamento. Si tratta di un ordine di grandezza comparabile al consumo annuo di circa 100 appartamenti di quattro stanze nel contesto abitativo di Singapore.
Il vantaggio non sarebbe solo energetico. Celle di questo tipo potrebbero funzionare anche in condizioni di luce indiretta o diffusa, quindi su superfici verticali e in contesti urbani dove l’esposizione solare diretta non è sempre ottimale. Questo le rende interessanti non solo per i grattacieli, ma anche per pensiline, veicoli, serre, dispositivi indossabili e oggetti elettronici che oggi dipendono da batterie sempre più piccole e sempre più richieste.
Il limite da considerare
La parola da non sottovalutare, però, è “potrebbero”. Le celle in perovskite hanno compiuto notevoli progressi negli ultimi anni, ma il passaggio dal laboratorio al mercato non si misura solo in termini di efficienza. Si valuta anche la stabilità nel tempo, la resistenza all’umidità, al calore, ai cicli di luce, alla produzione su grandi superfici e alla gestione dei materiali a fine vita.
Gli stessi ricercatori indicano come prossimi passi proprio la verifica della durabilità, della stabilità a lungo termine e delle prestazioni su aree più ampie. Senza questi dati, la finestra che produce energia rimane una promessa interessante, ma non ancora una soluzione pronta per l’installazione.
Il fotovoltaico non deve necessariamente essere limitato ai tetti o ai campi solari. Può diventare più sottile, più integrato, meno visibile. Può entrare nell’architettura senza richiedere ulteriore terreno. Per ora è una cella quasi invisibile in laboratorio. Ma il punto è proprio questo: se funziona davvero anche all’esterno, un giorno potremmo renderci conto che una finestra non sta solo facendo entrare luce. La sta anche utilizzando.
fonte: ACS Energy Letters
