Silvia Mariotti ama l’ambiente e sottolinea l’urgenza del ricorso alle rinnovabili. Ecco alcune delle ragioni per cui ama fare ricerca. E dal 2014 lavora sulle celle solari a perovskite, che potrebbero rappresentare una soluzione per il futuro dell’energia. A greenplanner.it ha spiegato il perché…
Silvia Mariotti, classe 1989, è originaria di Verona. Laureata in chimica industriale presso l’Università di Bologna, ha poi conseguito un dottorato in fisica all’Università di Liverpool. Dove, nel 2014, è iniziata la sua esperienza con le celle solari a perovskite.
La sua formazione continua con un post-doc tra Bordeaux e Tokyo, città di cui si innamora. Tanto da farla tornare in Giappone, presso Oist – Okinawa Institute Science Technology – a Okinawa, dove attualmente studia l’efficienza delle celle solari costruite con nuovi materiali.
Tra le città della sua formazione professionale è indispensabile anche Berlino: qui ha lavorato alla realizzazione delle celle solari tandem.
Silvia, partiamo dalle basi, che cos’è la perovskite?
Si tratta di un materiale nuovo, la cui ricerca è piuttosto recente, che ha riscosso fin da subito una grande curiosità nella comunità scientifica che ci lavora.
Basta pensare che la prima pubblicazione sulle celle solari a perovskite risale al 2009 e nel 2014 si è assistito a un incremento dei finanziamenti. Ora ci sono delle startup che lavorano per creare dei veri e propri pannelli solari a perovskite.
Insomma, stiamo parlando di un materiale molto promettente.
Come funziona una cella solare a perovskite?
Innanzitutto, è necessario disambiguare il termine celle solari che spesso, soprattutto in Italia, crea confusione. Si tende a pensare che vengano usate per il solare termico.
Normalmente, invece, quelle che usiamo noi sono destinate per il fotovoltaico. Mentre il solare termico usa l’energia del sole per scaldare un liquido che restituisce energia sotto forma di calore, il fotovoltaico ha bisogno di materiali specifici che assorbono la luce solare, detti semiconduttori.
Con il fotovoltaico siamo in grado di creare energia elettrica a partire dalla luce solare. Un procedimento non semplice: nelle celle solari a perovskite abbiamo almeno 5 materiali diversi che dobbiamo disporre uno sopra l’altro.
A partire da un substrato di vetro, i componenti vengono depositati con metodi diversi – vapore, liquido, gas. Il primo è un conduttore trasparente – serve per creare il circuito – su cui viene messo un materiale che trasporta elettroni; segue poi la perovskite, che assorbe la luce, su cui poggia un materiale che trasporta buche (ovvero l’inverso degli elettroni). Infine, un metallo conduttore.
Quali sono i vantaggi delle celle a perovskite rispetto alle classiche celle solari in silicio?
Serve fare una premessa: oggi è Taiwan ad avere il monopolio del silicio. Quindi le compagnie, a conoscenza della scarsità del prodotto, hanno iniziato a cercare materiali diversi da impiegare nella realizzazione di celle solari.
Non riuscivano a trovarne uno che avesse risultati simili al silicio (su cui si lavora da 70 anni), perché è effettivamente difficile raggiungere un’efficienza e una stabilità equiparabili.
Le ricerche degli ultimi anni hanno dimostrato i vantaggi della perovskite, soprattutto in termini di efficienza. I film sottili di perovskite sono davvero microscopici (500 nanometri, circa la metà del diametro di un capello), mentre per il silicio si usano diversi micrometri.
Quindi, per una cella in silicio serve più materiale e naturalmente aumentano peso e costo del prodotto. In termini di laboratorio, a parità di efficienza, una cella a perovskite costa un decimo rispetto alla cella in silicio.
Un altro vantaggio della perovskite è la velocità di realizzazione: dal momento che viene sintetizzata interamente in laboratorio, permette di creare dei film estesi in circa un paio d’ore.
E i limiti ancora da risolvere?
L’unico problema non ancora risolto è la stabilità della perovskite. Un limite soprattutto per le compagnie: le persone si attendono un’efficienza che dura dai 20 ai 25 anni.
Il limite dei pannelli con celle a perovskite è che non otteniamo stabilità altrettanto buone. Per ora, in laboratorio abbiamo delle celle stabili fino alle migliaia di ore e sotto stress continuo.
Altro problema della perovskite: la sintetizziamo con il piombo. Il cui utilizzo in ambito tecnologico non è ancora previsto dalla legge europea. In termini ambientali, però, bisogna pensare che la cella solare è incapsulata in maniera che non fuoriesca alcun componente.
Alcuni gruppi di ricerca stanno studiando gli effetti di un pannello di perovskite con piombo rotto sul suolo ed escludono un disastro ambientale.
Altri gruppi di ricerca puntano a usare lo stagno per sintetizzare la perovskite, che non è dannoso, però ha una bassa efficienza rispetto al piombo.
C’è ancora molta ricerca da fare, però tra i vantaggi non bisogna dimenticare che serve energia adesso. La crisi energetica è qui: si sapeva da anni che ci sarebbe stata. Non è una novità e avremmo dovuto iniziare molto prima a lasciar da parte gas, carbone e petrolio. Lavorare sulle rinnovabili è indispensabile.
Tornando a lei, Silvia, pensa di tornare in Italia?
Vorrei tornare, ma sarebbe complicatissimo. È difficile entrare nel sistema della ricerca. In alternativa tornerò in Germania, perché è uno dei posti professionali in cui la ricerca è di alta qualità e ci sono grandi fondi.
Da noi, obiettivamente, mancano i fondi per fare ricerca. Proprio a Berlino si trova uno dei laboratori più importanti che lavorano sulla perovskite dove ho vissuto un’esperienza cruciale per la mia carriera: la realizzazione delle celle solari tandem.
Si tratta di tradizionali celle solari a silicio sopra cui vengono posizionate quelle a perovskite. E in questo gruppo abbiamo ottenuto celle da record.
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