Cinque anni fa, il mondo ha iniziato a parlare di celle solari di terza generazione che sfidavano le tradizionali celle al silicio con un processo di produzione più economico e semplice che utilizzava meno energia.

Lo ioduro di piombo di metilammonio è un materiale metallo-organico nella struttura cristallina della perovskite che cattura la luce in modo efficiente e conduce bene l'elettricità, entrambe qualità importanti nelle celle solari. Però, la durata delle celle solari in perovskite metallorganica si è dimostrata molto breve rispetto alle celle in silicio.

Ora i ricercatori della Aalto University, L'Università di Uppsala e l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) in Svizzera sono riuscite a migliorare la stabilità a lungo termine delle celle solari in perovskite utilizzando film di nanotubi "a rete casuale" sviluppati sotto la guida del professor Esko Kauppinen all'Università di Aalto. I film di nanotubi a rete casuale sono film composti da nanotubi di carbonio a parete singola che in un'immagine al microscopio elettronico sembrano spaghetti su un piatto.

"In una tradizionale cella solare a perovskite, lo strato conduttore del foro è costituito da materiale organico e, sopra, un sottile strato d'oro che inizia facilmente a disintegrarsi e diffondersi attraverso l'intera struttura della cella solare. Abbiamo sostituito l'oro e anche parte del materiale organico con pellicole di nanotubi di carbonio e abbiamo ottenuto una buona stabilità delle celle a 60 gradi e condizioni di illuminazione di pieno sole', spiega Kerttu Aitola, che ha difeso la sua tesi di dottorato all'Università di Aalto e ora lavora come ricercatrice all'Università di Uppsala

Nello studio, film neri spessi con conduttività più elevata possibile sono stati utilizzati nel contatto posteriore della cella solare dove la luce non ha bisogno di passare. Secondo Aitola, i film di nanotubi possono anche essere resi trasparenti e sottili, che permetterebbe di utilizzarli come contatto frontale della cella, in altre parole come il contatto che lascia passare la luce.

“Le celle solari sono state preparate a Uppsala e la misurazione della stabilità a lungo termine è stata effettuata presso l'EPFL. Il leader del gruppo di celle solari all'EPFL è il professor Michael Grätzel, che ha ricevuto il Millennium Prize 2010 per le celle solari sensibilizzate al colorante, su cui si basano in parte anche le celle solari a perovskite', dice Aitola.

Celle solari in Windows

La durata delle celle solari in silicio è di 20-30 anni e la loro produzione industriale è molto efficiente. Ancora, sono necessarie alternative poiché ridurre il biossido di silicio nella sabbia al silicio consuma un'enorme quantità di energia. Si stima che una cella solare al silicio abbia bisogno di due o tre anni per produrre l'energia che è stata utilizzata per fabbricarla, mentre una cella solare in perovskite avrebbe bisogno solo di due o tre mesi per farlo.

'Inoltre, il silicio utilizzato nelle celle solari deve essere estremamente puro', dice Aitola.

"La cella solare in perovskite è interessante anche perché la sua efficienza, in altre parole con quanta efficienza converte l'energia solare in energia elettrica, ha raggiunto molto rapidamente il livello delle celle solari al silicio. Ecco perché a livello globale vengono condotte così tante ricerche sulle celle solari a perovskite».

Le celle solari alternative sono ancora più interessanti a causa delle loro diverse aree di applicazione. Finora le celle solari flessibili sono state prodotte su plastica conduttiva. Rispetto allo strato conduttivo di plastica, la flessibilità dei film di nanotubi è superiore e le materie prime sono più economiche. Grazie alla loro flessibilità, le celle solari potrebbero essere prodotte utilizzando il metodo di lavorazione roll-to-roll noto nell'industria della carta.

"Le celle solari leggere e flessibili sarebbero facili da integrare negli edifici e potresti anche appenderle alle finestre da solo", dice Aitola.