Una cella solare quasi invisibile capace di generare energia anche all’ombra: sembra fantascienza, eppure è esattamente quello che un gruppo di ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore (NTU) è riuscito a realizzare. Il loro studio, pubblicato sulla rivista ACS Energy Letters, descrive un nuovo tipo di cella solare trasparente e ultrasottile basata su perovskite, un materiale semiconduttore con una versatilità compositiva che il silicio convenzionale non può nemmeno sognare. I vetri di un’auto parcheggiata al sole, le lenti di un paio di occhiali intelligenti, le facciate dei grattacieli: tutto potrebbe diventare un punto di ricarica energetica. E la cosa più sorprendente è che questa tecnologia funziona anche quando il sole non batte direttamente.
Celle solari da 10 nanometri: quanto sono sottili davvero
Il team guidato dalla professoressa associata Annalisa Bruno è riuscito a fabbricare celle di appena 10 nanometri di spessore. Per capire di cosa stiamo parlando: un capello umano misura circa 70.000 nanometri. Se quel capello fosse la Torre Eiffel, questa pellicola sarebbe un foglio di carta appoggiato accanto. C’è poi un dettaglio ancora più impressionante: la rugosità naturale della superficie su cui viene depositata la cella, circa 2,8 nanometri secondo le misurazioni al microscopio riportate nello studio, rappresenta quasi un terzo dello spessore totale. Numeri che danno le vertigini.
Ma il vero cambio di paradigma non sta nelle dimensioni. Sta nel fatto che queste celle solari di perovskite generano elettricità sotto luce indiretta e in condizioni di luce diffusa. A differenza dei pannelli in silicio tradizionali, che hanno bisogno di esposizione solare diretta per rendere al meglio, questi dispositivi risultano particolarmente utili in contesti urbani ad alta densità, dove facciate verticali e cieli spesso coperti limitano parecchio l’irraggiamento diretto.
“Gli edifici consumano circa il 40% dell’energia mondiale, quindi servono urgentemente tecnologie che trasformino le loro facciate in generatori di energia”, ha spiegato Bruno. Secondo i calcoli iniziali del team, rivestire con questa tecnologia la facciata vetrata di un grande grattacielo, come quelli del distretto finanziario di Marina Bay, potrebbe teoricamente generare centinaia di megawattora all’anno. Quanto basta per coprire il consumo annuale di circa 100 appartamenti da quattro stanze. Sono cifre preliminari, certo, ma il potenziale è evidente.
Come funziona e perché è diversa da tutto il resto
Come si fa a trasformare una finestra in un generatore di energia senza che smetta di sembrare una finestra? Queste celle sono semitrasparenti e di colore neutro, senza alcuna sfumatura visibile che ne tradisca la presenza. Per fabbricarle, il gruppo di ricerca ha utilizzato un processo di evaporazione termica sotto vuoto: i materiali base vengono riscaldati in una camera a vuoto fino a evaporare, poi si depositano sulla superficie formando una pellicola ultrasottile e uniforme.
Niente solventi tossici, niente difetti tipici dei metodi in soluzione. Ed è proprio qui che sta la differenza rispetto ai tentativi precedenti, e ce ne sono stati parecchi: è la prima volta che si producono celle di perovskite ultrasottili usando processi interamente sotto vuoto dall’inizio alla fine. Non è un dettaglio da poco, perché i processi sotto vuoto sono gli stessi già impiegati dall’industria dei semiconduttori su larga scala, il che accorcia notevolmente la strada verso una produzione industriale vera e propria.
Passando ai numeri concreti: nelle versioni completamente opache, queste pellicole riescono a convertire in energia il 7%, l’11% e il 12% della luce ricevuta, con spessori minimi rispettivamente di 10, 30 e 60 nanometri. Il modello semitrasparente da 60 nanometri lascia passare il 41% della luce visibile mantenendo un’efficienza del 7,6%, tutt’altro che trascurabile. Lo studio individua nella cella da 30 nm quella che meglio bilancia trasparenza ed efficienza, ma lascia passare meno luce visibile rispetto a quella da 60 nm. Non esiste la soluzione perfetta: ogni applicazione dovrà trovare il proprio compromesso.
La sfida della stabilità e i prossimi passi
Resta la questione della stabilità, il banco di prova più duro per qualsiasi tecnologia a base di perovskite. I dati dello studio mostrano che le celle da 100 nm resistono per circa 15.400 ore prima di degradarsi all’80% del rendimento iniziale. Quelle da 60 nm arrivano a 5.800 ore, quelle da 10 nm a 4.100 ore. Sono numeri da laboratorio, non da una finestra esposta a pioggia, sbalzi termici e anni di utilizzo reale. Il professor Sam Stranks dell’Università di Cambridge, in un commento indipendente allo studio, ha sottolineato che l’equilibrio tra trasparenza e generazione energetica è promettente, ma le prossime prove critiche riguarderanno proprio la stabilità nel lungo periodo, la durabilità e le prestazioni su superfici di grandi dimensioni.
La tecnologia sviluppata dal team della NTU è già stata brevettata attraverso NTUitive ed è in corso un dialogo con aziende per validare il processo produttivo. La prossima frontiera dell’energia solare urbana non sono più i tetti, ormai già occupati dai pannelli tradizionali, ma i milioni di metri quadrati di vetro che ricoprono edifici, automobili e dispositivi elettronici, superfici fino a oggi completamente passive.