Sebbene si siano diffusi in maniera massiccia solo nel nuovo millennio, i pannelli solari hanno una storia molto più lunga. Il primo prototipo di impianto fotovoltaico risale al 1884, installato a New York da Charles Fitts: era basato sul selenio, e non sul silicio come gran parte dei pannelli attuali. I primi moduli fotovoltaici commerciali però furono lanciati sul mercato solo nel 1963 dalla giapponese Sharp, mentre risale al 1979 la prima installazione in Italia: un impianto da appena 1kW al Passo della Mandriola, sull’Appennino tosco-romagnolo.
Il crescente successo commerciale ha portato con sé anche una notevole evoluzione tecnologica dei pannelli fotovoltaici in termini di prestazioni, durata (oggi si può arrivare fino a 30 anni di vita) e adattabilità ai contesti architettonici. Non è cambiato solo il principio base di funzionamento: la luce del sole colpisce le celle dove è presente il silicio, semiconduttore i cui elettroni vengono “eccitati” e iniziano a fluire nel circuito, producendo corrente elettrica continua, che viene trasformata in alternata (utilizzabile dalle utenze domestiche o industriali) per mezzo di un inverter.
Elemento chiave è dunque il silicio, materiale estremamente abbondante in natura tanto da essere l’elemento chimico più diffuso sulla Terra, dopo l’ossigeno. Attualmente i pannelli più diffusi in Italia sono quelli in silicio policristallino, realizzati attraverso una gettata di silicio fuso: a un costo più basso rispetto a altre tipologie si accompagna però una minore efficienza (rapporto tra la potenza elettrica in uscita e la potenza della radiazione solare), attorno al 14-16%. Oggi, secondo i dati Gse al 31 dicembre 2020, coprono il 71,5% della potenza fotovoltaica installata in Italia. Il 22,8% invece è legato ai pannelli in silicio monocristallino, nei quali ogni cella viene ricavata da un unico cristallo: più performanti (si arriva a un rendimento oltre il 20%) soprattutto con temperature non troppo elevate, ma anche più costosi. Molto limitata è invece l’incidenza dei cosiddetti pannelli solari di seconda generazione, come quelli a film sottile (realizzati in silicio amorfo, tellururo di cadmio o seleniuro di indio e gallio di rame): in questi dispositivi l’efficienza arriva al massimo al 10%, ma i vantaggi sono legati al minor costo e alla versatilità di impiego garantita da flessibilità e leggerezza.
L’evoluzione però non si arresta mai, sulla ricerca di materiali e soluzioni più efficienti ed economiche anche in vista della grande richiesta di pannelli attesa nei prossimi anni in tutto il mondo. Uno scenario che porta a pensare che presto il quasi totale monopolio del silicio potrebbe terminare. Tra i materiali più promettenti c’è la perovskite, cioè biossido di titanio di calcio che solo negli ultimi anni è stato testato in maniera sistematica per la creazione di celle solari. Si tratta di un ottimo conduttore, ampiamente disponibile e più semplice da lavorare del silicio e che reagisce a diverse lunghezze d’onda della luce, oltre a essere flessibile e semitrasparente. Negli ultimi anni gli studi si sono focalizzati soprattutto sui risultati ottenibili rivestendo il silicio cristallino con un sottile film di perovskite.
“Uno dei principali vantaggi di questi materiali è la possibilità di essere depositati partendo da speciali vernici liquide, che possono essere stampati con tecniche ampiamente diffuse su superfici di vario tipo, ad esempio flessibili e trasparenti”, spiega la ricercatrice Silvia Colella di Cnr-Nanotec, membro di un team di ricercatori autori dello studio “Chemical insights into perovskite inks stability”, pubblicato sulla rivista Chem. Recentemente, i ricercatori del Politecnico federale di Losanna hanno toccato un nuovo record in questo campo realizzando celle da un centimetro quadrato con una resa del 29,2%. “Sono ancora necessari diversi anni di ricerca e sviluppo per portare sul mercato tale tecnologia e processi di produzione”, dice Christophe Ballif, capo del laboratorio. “Ma la maggiore efficienza che abbiamo dimostrato senza modificare la struttura frontale sarà molto interessante per l’industria del fotovoltaico”. Il problema da risolvere per la perovskite è legato all’instabilità del materiale che rischia di portare a un rapido degrado del pannello in condizioni di uso reali, ben più veloce dei 25-30 anni di durata assicurati dal silicio. “Le perovskiti di alogenuro metallico sono tra i materiali più promettenti e in pochi anni hanno rivoluzionato questo settore”, assicura però Colella.