Le celle solari in perovskite hanno allettato gli innovatori del fotovoltaico sin dai primi anni del 21° secolo. La promessa della perovskite di più energia a un costo inferiore contribuirà a eliminare i combustibili fossili dal quadro, ma far sì che il materiale schizzinoso si comporti è stata una sfida di livello superiore. Tuttavia, le soluzioni stanno iniziando a emergere e una di queste coinvolge un materiale secolare e collaudato: il vetro.
La promessa delle celle solari in perovskite
Per quelli di voi che non conoscono l’argomento, la perovskite (CaTiO3) è un materiale naturale minerale di ossido di calcio e titanio, identificato per la prima volta nel XIX secolo. Rimase in piedi per il 20° secolo fino a quando i ricercatori non impararono a riprodurre la sua struttura in laboratorio, producendo celle solari sintetiche in perovksite a un costo relativamente basso (più Clean Technica la copertura è qui).
Se disposti in una soluzione, i materiali solari perovskite si prestano a processi di produzione a basso costo. Possono essere verniciati, stampati, spruzzati o spruzzati come una pellicola sottile su diverse superfici, comprese quelle flessibili.
“Oltre ad essere relativamente poco costoso, il fattore coltivato in laboratorio può aiutare a superare i problemi della catena di approvvigionamento del silicio”, abbiamo notato all’inizio di quest’anno. “Le celle solari in perovskite si prestano a processi di produzione a basso costo, ad alta velocità e ad alto volume. Sono anche sottili, flessibili e leggeri, il che significa che possono essere utilizzati in molte più applicazioni rispetto a quanto possibile con la tecnologia al silicio”.
“I materiali perovskite offrono un eccellente assorbimento della luce, mobilità dei portatori di carica e durata, con conseguenti elevate efficienze del dispositivo con opportunità di realizzare una tecnologia a basso costo e scalabile nel settore”, spiega il National Renewable Energy Laboratory, parte della rete tentacolare del Dipartimento dell’Energia degli enti di ricerca.
Sembra fantastico, tranne quello le perovskiti sintetiche si degradano all’aria aperta. Tuttavia, la scienza ama le sfide e presto sono emerse varie soluzioni alternative.
Una soluzione tipica prevede il doping delle perovskiti con il piombo, che porta a un’altra sfida, vale a dire come mantenere il piombo fuori dall’ambiente in caso di danni o incidenti durante la lavorazione a fine vita. Tra le soluzioni ci sono rivestimenti che assorbono il piombo e autorigeneranti. Sono in fase di sviluppo anche additivi che impediscono alla cella solare di dissolversi in acqua.
Celle solari di perovskite su vetro
Un giorno potrebbe essere in lavorazione una cella solare interamente in perovskite. Nel frattempo stanno emergendo soluzioni a breve termine che accoppiano perovskiti in tandem con celle solari al silicio per aumentare l’efficienza.
Come descritto dalla startup di perovskite Caelux, l’obiettivo del settore per le celle solari tandem di perovskite disponibili in commercio è un’efficienza di conversione solare minima del 30%. Caelux sembra fiducioso di poter arrivare a breve distanza da quell’obiettivo, con la sua formula per il vetro rivestito di perovskite.
“Le tecnologie proprietarie di Caelux migliorano le prestazioni di qualsiasi nuovo modulo in silicio cristallino, rendendo l’energia solare più potente e conveniente”, spiega l’azienda. “Il suo prodotto di punta, Caelux™ One, è un prodotto innovativo che si integra perfettamente nei processi di produzione di moduli fotovoltaici esistenti”.
Se hai capito quella cosa sui nuovi moduli in silicio, è importante. Le prestazioni della cella solare tandem potenziata da Caelux possono sfruttare gli ultimi miglioramenti nell’efficienza di conversione solare della tecnologia del silicio per aumentare le prestazioni complessive del modulo solare.
Una buona domanda da porsi è se uno strato di materiale perovskite su vetro interferisca o meno con l’efficienza di conversione dello strato di silicio. Lo fa, ma il succo extra dallo strato di perovskite fa la differenza e anche di più.
L’anno scorso, la società di consulenza ReThink Energy ha utilizzato l’esempio di una cella di silicio efficiente al 22%. La sua efficienza di conversione scende al 10% con il vetro rivestito di perovskite, ma il totale complessivo arriva al 27,5%. La differenza del 5,5% avrà un impatto significativo sulla produzione di un pannello solare nel corso della sua vita.
Segui i soldi
A quanto pare i soldi intelligenti hanno ascoltato. Lo scorso settembre, l’azienda indiana Reliance Industries ha inviato la sua controllata Reliance New Energy in missione per acquisire il 20% di Caelux per un investimento di 12 milioni di dollari.
All’inizio di questa settimana, Reliance ha contribuito per assistere con un ulteriore round di serie A. Guidato dalla società di investimento globale con sede a Singapore Temasek, il nuovo round ha totalizzato altri 12 milioni di dollari. Altri partecipanti includevano il nome familiare di Khosla Ventures, Mitsui Fudosan e Fine Structure Ventures.
La connessione con Mitsui è interessante perché la sua società madre è la seconda più grande società immobiliare in Giappone. Hanno anche una filiale negli Stati Uniti, che potrebbe combaciare con i piani di Caelux per entrare nel mercato solare da tetto.
Fine Structures si concentra su innovazioni dirompenti in fase iniziale. L’azienda ha più di 300 brevetti nel suo portafoglio, che include la startup di elettrificazione siderurgica Boston Metal. Un’altra startup di interesse nel portafoglio Fine è VEIR, che si sta concentrando sulla nuova tecnologia di trasmissione di energia rinnovabile con superconduttori ad alta temperatura.
Il finanziamento della serie A andrà alla costruzione di un nuovo impianto di produzione Caelux a Baldwin Park, in California. Se tutto va secondo i piani, la nuova struttura fungerà da dimostratore di fattibilità che porterà ad ulteriori siti negli Stati Uniti, in Asia e in America Latina.
Perovskiti nello spazio profondo!
Caelux è nata dalla ricerca del CalTech, il California Institute of Technology, quindi non sorprende vedere la sua formula Caelux One inclusa in una recente analisi delle applicazioni nello spazio per celle solari di perovskite, con particolare attenzione alle missioni nello spazio profondo fino a Nettuno.
I ricercatori hanno dato un’occhiata alle prestazioni delle celle solari perovskite sotto il condizioni di bassa intensità e bassa temperatura previste nello spazio profondo.
“PSC [perovskite solar cells] mostrano caratteristiche prestazionali promettenti sotto la maggior parte delle LILT [low-intensity, low-temperature] condizioni anche dopo l’esposizione a protoni a bassa energia”, hanno concluso, anche se hanno avvertito che l’idea è un lavoro in corso.
“Tuttavia, l’efficienza della cella misurata tende a diminuire a temperature estremamente basse, suggerendo che ulteriori ricerche sulle architetture e sui materiali delle celle potrebbero migliorare le PSC per le applicazioni nello spazio profondo”, hanno spiegato.
Nel frattempo qui sulla Terra, le parti interessate all’energia fossile hanno trascorso i primi 20 anni circa del 21° secolo costeggiando il costo relativamente alto delle celle solari al silicio. Tali costi sono diminuiti e un nuovo miglioramento di nuova generazione sulla tecnologia delle celle solari al silicio cancellerà per sempre il vantaggio dei fossili.
I titolari di cariche repubblicane a livello statale hanno inveito, delirato, legiferato e sollevato minacce legali contro gli investimenti ESG (ambiente, sociale, governance), ma questo è un segno di disperazione, non di forza.
L’odore della disperazione ha raggiunto la fase puzzolente dall’approvazione dell’Inflation Reduction Act, che è diventato legge lo scorso anno con un sostegno esattamente pari a zero da parte dei repubblicani al Congresso. Il Dipartimento dell’Energia definisce l’IRA “il singolo più grande investimento nel clima e nell’energia nella storia americana” e si riferisce a dollari privati e pubblici.
Dopo soli 12 mesi, l’IRA ha attirato un totale di oltre 10 miliardi di dollari in nuovi investimenti nella produzione di energia solare, su oltre 110 miliardi di dollari complessivi per nuove iniziative di produzione di energia pulita.
In tandem o no, le nuove celle solari in perovskite saranno quasi sicuramente sul mercato prima della scadenza dei crediti d’imposta dell’IRA. Ciò aggiungerà al mix la potenza di fuoco del basso costo e una maggiore efficienza di conversione solare. E adesso, odiatori di ESG?
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Immagine (screenshot): miglioramenti dell’efficienza delle celle solari con perovskiti, per gentile concessione di Caelux.
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