perovskiti, una famiglia di materiali definita da un particolare tipo di struttura molecolare come illustrato qui, hanno un grande potenziale per nuovi tipi di celle solari. Un nuovo studio del MIT mostra come questi materiali potrebbero prendere piede nel mercato solare. Credito:Christine Daniloff, MIT
I materiali chiamati perovskiti mostrano un forte potenziale per una nuova generazione di celle solari, ma hanno avuto problemi a guadagnare terreno in un mercato dominato dalle celle solari a base di silicio. Ora, uno studio condotto da ricercatori del MIT e altrove delinea una tabella di marcia su come questa promettente tecnologia potrebbe passare dal laboratorio a un posto significativo nel mercato solare globale.
L'analisi "tecnoeconomica" mostra che partendo da nicchie di maggior valore ed espandendosi gradualmente, i produttori di pannelli solari potrebbero evitare fin dall'inizio i costi di capitale iniziali molto elevati che sarebbero necessari per rendere i pannelli a base di perovskite direttamente competitivi con il silicio per installazioni su larga scala. Piuttosto che fare un investimento iniziale proibitivo, di centinaia di milioni o addirittura miliardi di dollari, costruire un impianto per la produzione su larga scala, il team ha scoperto che è possibile iniziare con applicazioni più specializzate per un investimento di capitale iniziale più realistico dell'ordine di 40 milioni di dollari.
I risultati sono descritti in un articolo sulla rivista Joule dal postdoc del MIT Ian Mathews, ricercatore Marius Peters, professore di ingegneria meccanica Tonio Buonassisi, e altri cinque al MIT, Wellesley College, e Swift Solar Inc.
Le celle solari basate sulle perovskiti, un'ampia categoria di composti caratterizzati da una certa disposizione della loro struttura molecolare, potrebbero fornire notevoli miglioramenti alle installazioni solari. I loro materiali costitutivi sono economici, e potrebbero essere prodotti in un processo roll-to-roll come la stampa di un giornale, e stampato su materiale di supporto leggero e flessibile. Ciò potrebbe ridurre notevolmente i costi associati al trasporto e all'installazione, sebbene richiedano ancora ulteriori lavori per migliorare la loro durata. Anche altri nuovi materiali promettenti per le celle solari sono in fase di sviluppo nei laboratori di tutto il mondo, ma nessuno ha ancora fatto breccia nel mercato.
"Negli anni sono stati lanciati molti nuovi materiali e aziende per le celle solari, "dice Matteo, "e ancora, nonostante che, il silicio rimane il materiale dominante nel settore e lo è stato per decenni".
Perché è così? "La gente ha sempre detto che una delle cose che frena le nuove tecnologie è che la spesa per la costruzione di grandi fabbriche per produrre effettivamente questi sistemi su larga scala è semplicemente troppo, " dice. "È difficile per una startup attraversare quella che viene chiamata 'la valle della morte, ' per raccogliere le decine di milioni di dollari necessari per raggiungere la scala in cui questa tecnologia potrebbe essere redditizia nel più ampio settore dell'energia solare."
Ma ci sono una varietà di applicazioni di celle solari più specializzate in cui le qualità speciali delle celle solari a base di perovskite, come il loro peso leggero, flessibilità, e potenziale di trasparenza, fornirebbe un vantaggio significativo, dice Matteo. Concentrandosi inizialmente su questi mercati, un'azienda solare startup potrebbe costruire per scalare gradualmente, sfruttando i profitti dei prodotti premium per espandere le proprie capacità produttive nel tempo.
Descrivendo la letteratura sulle celle solari a base di perovskite in fase di sviluppo in vari laboratori, lui dice, "Stanno rivendicando costi molto bassi. Ma lo affermano una volta che la tua fabbrica raggiunge una certa scala. E ho pensato, l'abbiamo già visto:la gente sostiene che un nuovo materiale fotovoltaico sarà più economico di tutti gli altri e migliore di tutti gli altri. È fantastico, tranne per il fatto che dobbiamo avere un piano su come ottenere effettivamente il materiale e la tecnologia su scala".
Come punto di partenza, lui dice, "Abbiamo adottato l'approccio che in realtà non ho visto nessun altro adottare:modelliamo effettivamente il costo per produrre questi moduli in funzione della scala. Quindi, se hai solo 10 persone in una piccola fabbrica, a quanto hai bisogno di vendere i tuoi pannelli solari per essere redditizio? E una volta raggiunta la scala, quanto sarà economico il tuo prodotto?"
L'analisi ha confermato che il tentativo di entrare direttamente nel mercato degli impianti solari su tetto o su larga scala richiederebbe un investimento di capitale iniziale molto elevato, lui dice. Ma "abbiamo esaminato i prezzi che le persone potrebbero ottenere nell'Internet delle cose, o il mercato del fotovoltaico integrato negli edifici. Le persone di solito pagano un prezzo più alto in questi mercati perché sono più di un prodotto specializzato. Pagheranno un po' di più se il tuo prodotto è flessibile o se il modulo si inserisce nell'involucro di un edificio." Altri potenziali mercati di nicchia includono dispositivi microelettronici autoalimentati.
Tali applicazioni renderebbero fattibile l'ingresso nel mercato senza bisogno di massicci investimenti di capitale. "Se lo fai, l'importo che devi investire nella tua azienda è molto, molto meno, nell'ordine di pochi milioni di dollari invece di decine o centinaia di milioni di dollari, e che ti consente di sviluppare più rapidamente un'azienda redditizia, " lui dice.
"È un modo per loro di dimostrare la loro tecnologia, sia tecnicamente che effettivamente costruendo e vendendo un prodotto e assicurandosi che sopravviva sul campo, "Matew dice, "e anche, solo per dimostrare che puoi produrre a un certo prezzo."
Già, ci sono una manciata di aziende startup che lavorano per cercare di portare sul mercato celle solari perovskite, fa notare, anche se nessuno di loro ha ancora un prodotto reale in vendita. Le aziende hanno adottato approcci diversi, e alcuni sembrano intraprendere il tipo di approccio alla crescita graduale delineato da questa ricerca, lui dice. "Probabilmente la società che ha raccolto più soldi è una società chiamata Oxford PV, e stanno guardando cellule tandem, " che incorporano sia celle di silicio che di perovskite per migliorare l'efficienza complessiva. Un'altra società è quella avviata da Joel Jean Ph.D. '17 (che è anche coautore di questo articolo) e altri, chiamato Swift Solar, che sta lavorando su perovskiti flessibili. E c'è una società chiamata Saule Technologies, lavorando su perovskiti stampabili.
Mathews afferma che il tipo di analisi tecnoeconomica che il team ha utilizzato nel suo studio potrebbe essere applicato a un'ampia varietà di altre nuove tecnologie legate all'energia, comprese batterie ricaricabili e altri sistemi di accumulo, o altri tipi di nuovi materiali per celle solari.
"Ci sono molti articoli scientifici e studi accademici che esaminano quanto costerà produrre una tecnologia una volta che sarà su larga scala, " dice. "Ma pochissime persone in realtà guardano quanto costa su una scala molto piccola, e quali sono i fattori che influenzano le economie di scala? E penso che si possa fare per molte tecnologie, e ci aiuterebbe ad accelerare il modo in cui portiamo le innovazioni dal laboratorio al mercato."
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.
