L’Ateneo di Roma Tor Vergata, grazie alla collaborazione con il CHOSE – Polo Solare Organico-Regione Lazio, è impegnato da diversi anni nella ricerca di eccellenza sulle energie rinnovabili, in particolare sul fotovoltaico di terza generazione. Dopo la ricerca sul solare organico e la realizzazione di una linea di produzione pilota per i pannelli fotovoltaici realizzati grazie all’utilizzo di molecole organiche estratte dal succo di mirtillo, i ricercatori di Tor Vergata hanno realizzato il primo modulo reale fotovoltaico con perovskiti, composti dalla struttura cristallina che grazie alla loro capacità di assorbire la luce solare costituiscono una delle più innovative e promettenti applicazioni nel settore fotovoltaico per il risparmio energetico. Il prodotto è stato ottenuto “stampando” i vari strati di materiale e questo ha permesso di semplificare notevolmente il processo di fabbricazione. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista “Physical Chemistry Chemical Physics”. Inoltre, tra le attività dell’Ateneo verso una energia pulita, recente è l’installazione, grazie a una convenzione con il Ministero dell’Ambiente, di un impianto di “solar cooling” al Policlinico universitario Roma Tor Vergata, un sistema che rispetto al solare tradizionale permette una maggiore efficienza e un risparmio energetico ed economico. L’operazione rientra in un più ampio progetto di sviluppo sostenibile del Campus.
Nel campo della Ricerca ed energie alternative il team del Polo Solare Organico-Regione Lazio (CHOSE), guidato dal prof. Aldo Di Carlo del Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell’Università di Roma “Tor Vergata” in collaborazione con il team della prof.ssa Silvia Licoccia del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche della stessa Università ha realizzato il primo modulo al mondo, in scala reale, di fotovoltaico con perovskiti ibride organiche/inorganiche. Il risultato di questa ricerca è stato pubblicato sulla rivista Physical Chemistry Chemical Physics * della Royal Society of Chemistry. Il fotovoltaico è sicuramente una delle tecnologie principali per la produzione di energia da fonti rinnovabili e l’Italia è all’avanguardia nell’utilizzo di questa energia pulita, anche grazie agli incentivi messi a disposizione dal governo negli anni passati. “Ora che gli incentivi sono terminati il futuro del fotovoltaico è affidato alla capacità di ridurre il costo dell’energia prodotta. Questo si riflette nella necessità di una sostanziale innovazione dei materiali e dei processi di fabbricazione al fine di ridurre i costi delle celle solari. La nostra ricerca con l’impiego di perovskiti va proprio in questa direzione”, commenta il prof. Di Carlo. “Le perovskiti sono dei composti con una struttura cristallina particolare che può ospitare molti elementi diversi e questa flessibilità le rende utilizzabili per una varietà di applicazioni. – spiega la prof.ssa Silvia Licoccia, ordinario di Fondamenti Chimici per le Tecnologie. - Già da anni il nostro gruppo di ricerca ha utilizzato questi composti per applicazioni energetiche e ambientali in celle a combustibile e sensori chimici e l'applicazione nel settore fotovoltaico è una delle più innovative e promettenti”. Fino ad ora molti gruppi di ricerca internazionali, compreso il team di Tor Vergata, erano riusciti a realizzare solo celle di piccolissima dimensione che dimostravano la capacità di questi nuovi materiali di produrre un notevole effetto fotovoltaico, ma che non garantivano la scalabilità della tecnologia a dimensioni tali da poter essere considerata industrializzabile. Il lavoro dei ricercatori del CHOSE è stato quello di trovare soluzioni ingegneristiche per passare da una cella di piccolissima area a un modulo reale di dimensioni di oltre 20 cm2 dove le celle sono connesse tra di loro per aumentare la tensione prodotta: il modulo fotovoltaico prodotto è stato realizzato “stampando” i vari strati di materiale, semplificando notevolmente i processo di fabbricazione. “Il fotovoltaico con Perovskiti ibride – spiega Di Carlo – rivoluzionerà il modo con cui verranno prodotte celle e moduli fotovoltaici nei prossimi anni. Queste perovskiti ibride si presentano come degli inchiostri che possono essere facilmente depositati tramite le convenzionali tecniche di stampa. Dunque una tecnologia molto semplice che permetterà una sostanziale riduzione del costo dell’energia prodotta dal fotovoltaico. Il passo più difficile era quello di dimostrare che anche la produzione di un reale modulo fotovoltaico con dimensione paragonabili alle convenzionali celle al silicio poteva essere ottenuto con queste stesse tecniche di stampa. Utilizzando procedure di fabbricazione particolari che hanno portato anche alla presentazione di un brevetto, siamo riusciti a risolvere i problemi fondamentali che impedivano lo scaling-up realizzando, unici al mondo, un modulo di larga area”. Attualmente il modulo realizzato ha un efficienza di 5.1% ma il margine di miglioramento è notevole considerando che le celle di piccolissima area posso arrivare anche al 16% di efficienza e il traguardo del 20% non sembra molto lontano. “La composizione chimica della perovskite - conclude la Licoccia - le conferisce una grande capacità di assorbire la luce. Le cariche generate dalla luce catturata dal pannello hanno tempi di permanenza molto lunghi permettendo un elevato accumulo di energia. Con le perovskiti i costi di produzione potrebbero essere notevolmente inferiori agli attuali grazie all'abbondanza dei materiali attivi e a metodi di preparazione più semplici e dunque estendibili su larga scala”.
L'Università Tor Vergata è sempre molto attiva nel settore delle nuove tecnologie per l'energia e nel risparmio energetico. In questi mesi, ad esempio è stato installato al Policlinico Universitario di Tor Vergata (PTV), in collaborazione con il Ministero dell’Ambiente, un impianto di “Solar Cooling” per l’integrazione della climatizzazione estiva e la produzione di acqua calda sanitaria. L’impianto solare del PTV è composto da 205 pannelli sottovuoto CPC 45 che corrispondono a una superficie lorda totale di 1006 m2, posti sul tetto piano dell’ospedale a circa 12 metri di altezza da terra. La struttura solare è composta da 41 campi (5 pannelli CPC 45 cad. campo), collegati a 2 accumuli da 6000 litri posti in serie tra loro. L’impianto solare lavora per fornire energia ad un assorbitore da 320 kW per l’integrazione al raffrescamento delle sale operatorie dell’ospedale. La progettazione e la direzione tecnica dell’installazione dell’impianto di Solar Cooling nel Policlinico Universitario degli Studi di Roma Tor Vergata è a cura della Climater s.r.l.
*F: Matteocci et al. “Solid-State mesoscopic solar module based on Organometal Halide Perovskite: A route toward the up-scaling process”, Phys. Chem. Chem. Phys. (2014), DOI: 10.1039/C3CP55313B
link: http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/cp/c3cp55313b
Roma, 02 febbraio 2014
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