I ricercatori dell'University College di Londra hanno sviluppato finestre solari semitrasparenti. Queste finestre generano elettricità sia dalla luce naturale che dall'illuminazione artificiale. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Advanced Energy Materials e solleva un interrogativo pratico per architetti e proprietari di edifici: il vetro potrebbe diventare una fonte di energia?
Il team di ricerca è internazionale e guidato dall'UCL (University College London). Il dottor Mojtaba Abdi-Jalebi dell'UCL ha affermato che la motivazione è quella di sfruttare al meglio una delle più grandi superfici inutilizzate nell'architettura moderna: il vetro. I tetti di molte città ospitano già pannelli solari. Le vaste superfici vetrate di edifici per uffici e abitazioni rimangono in gran parte inutilizzate come risorsa energetica.
Come funzionano le finestre
Le celle utilizzano la perovskite, una classe di materiali cristallini fotoricettivi che ha suscitato un notevole interesse nella ricerca nell'ultimo decennio. Lo strato assorbente di perovskite ha uno spessore di soli 185 nanometri, molto più sottile rispetto agli strati di perovskite convenzionali. Il team lo ha ottimizzato per catturare la luce interna con particolare efficienza. La modellazione computerizzata ha definito la struttura dello strato fin dall'inizio.
Il prototipo lascia passare circa il 30% della luce solare. Il vetro comune in genere ne lascia passare dall'80 al 90%. La colorazione parziale è il risultato di un compromesso ingegneristico tra trasparenza e resa energetica.
La progettazione degli elettrodi ha rappresentato una sfida a sé stante. Il team ha utilizzato una sottile lamina d'oro interposta tra due strati di ossido di molibdeno. Questa configurazione permette la conduzione dell'elettricità e al contempo il passaggio della luce. Un tradizionale strato metallico avrebbe bloccato troppa luce.
I ricercatori hanno inoltre aggiunto alla struttura cellulare una molecola chiamata 3-trifluorometil-1H-1,2,4-triazolo. Questa molecola riduce i difetti elettronici e migliora la stabilità del reticolo cristallino.
Prestazioni nei test
Il team ha testato un pannello di 30 centimetri per 30 centimetri. In condizioni di forte illuminazione interna, il dispositivo ha convertito il 22% della luce incidente in elettricità. Alla luce diretta del sole, la conversione è scesa al 14%. Il dispositivo, senza alcuna protezione, ha mantenuto l'80% della sua efficienza dopo 300 ore in un test di durata accelerato standard.
L'autore principale, Siming Huang, ha affermato che l'effetto di colorazione parziale potrebbe anche ridurre la domanda di raffreddamento, diminuendo la quantità di calore che entra in un edificio. Ciò rende la tecnologia particolarmente rilevante nelle regioni più calde, dove il condizionamento dell'aria rappresenta una quota considerevole del consumo di elettricità.
L'efficienza di conversione all'aperto del 14% è inferiore a quella dei pannelli solari commerciali al silicio, che in genere operano tra il 20 e il 23%. Il valore del 22% per gli ambienti interni è tuttavia competitivo per le applicazioni con luce ambientale. La tecnologia è in fase di sviluppo a livello di laboratorio. Il test di durata di 300 ore è più breve delle garanzie di prestazioni pluridecennali richieste per l'impiego commerciale.
Un settore in espansione
Il lavoro dell'UCL si inserisce in un settore della ricerca solare in rapida evoluzione. Altri studi hanno dimostrato che le celle a perovskite semitrasparenti possono essere ottimizzate per trovare un compromesso tra visibilità e produzione di energia. I ricercatori hanno anche esplorato interfacce miste di monostrati autoassemblati, metodi di fabbricazione in aria ambiente e configurazioni di substrati flessibili. L'interesse per il fotovoltaico trasparente è cresciuto costantemente sia in ambito accademico che commerciale.
Il mercato del fotovoltaico integrato negli edifici è ancora in fase di sviluppo. Le celle a perovskite presentano problematiche ben documentate relative alla stabilità a lungo termine e alla presenza di piombo in molte formulazioni. Gli ostacoli normativi e commerciali rimangono considerevoli. Il team dell'UCL ha dimostrato una configurazione praticabile, sebbene il percorso dal laboratorio alla facciata di un edificio implichi ancora molti passaggi.
Quello che viene dopo
I ricercatori affermano che il loro obiettivo a lungo termine è sviluppare pellicole solari flessibili. Queste potrebbero essere applicate su vetri curvi, veicoli, tettucci apribili e altre superfici trasparenti. Ciò estenderebbe l'architettura in grado di generare energia ben oltre i tradizionali vetri delle finestre. Non è stata ancora indicata una tempistica per la commercializzazione.
Per gli investitori e i responsabili politici che seguono la transizione energetica, il risultato dell'UCL è un dato importante da monitorare. Secondo l'Agenzia Internazionale dell'Energia, gli edifici rappresentano circa il 40% del consumo energetico globale. Le tecnologie che generano energia dalle superfici degli edifici esistenti potrebbero ridurre la domanda sulla rete elettrica senza richiedere nuovi terreni. Il solare integrato nel vetro è una delle possibili soluzioni in questa categoria.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Advanced Energy Materials. Il lavoro è stato condotto dall'UCL in collaborazione con un team internazionale. I dettagli completi dello studio, inclusi la metodologia e la caratterizzazione dei materiali, sono disponibili nell'articolo pubblicato.
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