Celle solari organiche fabbricate utilizzando la luce, l’idea di Luca Beverina, ricercatore di chimica organica del dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, migliora il processo produttivo delle celle fotovoltaiche organiche offrendo all’utente più efficienza di conversione dell’energia solare in energia elettrica e una riduzione dei costi produttivi. Così, nel 2012, il quarto posto nel Premio Cariplo “Ricerca di Frontiera”,130 mila euro, è andato a ExPhon (Exploitation of Self-Assembly and Photochemistry for the straightforward, low cost production of Nanostructured Organic Photovoltaic Devices), il progetto di questo team che ha pensato di usare la luce sia come reagente fondamentale nella preparazione del dispositivo fotovoltaico sia come alimentazione della cella stessa una volta assemblata. Con ottimi risultati.
1) In cosa consiste il progetto ExPhon? Su cosa si basa?
Il progetto nasce dall’esigenza di rendere le nuove tecnologie fotovoltaiche a base completamente organica, compatibili con processi di fabbricazione a larga area e a basso costo. In questo campo, infatti, la ricerca internazionale più avanzata ha recentemente mostrato che efficienze di conversione luce/elettricità dell’ordine del 9 % sono realisticamente possibili. Tuttavia, al momento attuale i prototipi di cella hanno aree spesso inferiori a 1 cm2 e l’aumento dell’aera della cella comporta drastici cali di efficienza. Il progetto ExPhon propone una strategia operativamente semplice per ottenere un miglior grado di controllo sulle prestazioni di questi dispositivi anche nel caso di aree attive elevate.
2) Quale novità introduce ExPhon?
Per l’ottenimento celle fotovoltaiche organiche efficienti è necessario controllare la disposizione spaziale dei componenti dello strato attivo del dispositivo su scala nanometrica. E’ qui che il progetto interviene forzando i componenti del dispositivo a disporsi spazialmente nel modo corretto, sfruttando l’azione della luce. Lo strato attivo di una cella organica è costituito da due distinti materiali che devono essere in contatto tra di loro ma non completamente miscelati. Il problema è che entrambi i materiali sono solubili nei medesimi solventi quindi non è possibile depositarli in sequenza. L’analogia più semplice riguarda la pittura ad acquarello: se si cerca di deporre un colore molto vicino ad un precedente tratto, i due colori si miscelano immediatamente. Il progetto Exphon si propone di realizzare materiali attivi che una volta esposti alla luce diventino totalmente insolubili, rendendo quindi possibile la deposizione sequenziale dei due componenti in condizioni controllate.
3) In termini industriali quali vantaggi comporta ExPhon?
Si otterrebbero vantaggi a livello di aumento dell’efficienza di conversione dell’energia solare in energia elettrica delle celle organiche, ora attestata in torno al 10 per cento. Ci sarebbe anche una riduzione dei costi produttivi. Si otterrebbero, dico, perchè se la teoria verrà confermata, e oggi è ragionevole pensarlo, si otterranno celle fotovoltaiche a elevata area per semplice deposizione sequenziale di due vernici , intervallata da una esposizione a una lampada del tutto analoga a quelle utilizzate industrialmente per i processi di fotolitografia. Ed è ciò che porterebbe quei vantaggi all’industria.
4) Come è nata l’idea? Da quanto tempo ci state lavorando e in quanti?
L’idea è nata nell’ambito di una ricerca pluriennale realizzata in compartecipazione con una società statunitense e avente come argomento le tecnologie fotovoltaiche organiche. L’idea di accoppiare il fotovoltaico organico e le tecniche di fotolitografia è originale e per quanto ne sappiamo, al momento siamo gli unici a lavorarci. Abbiamo già ottenuto risultati incoraggianti ma la strada è ancora lunga.
Luca Beverina premiato per il progetto ExPhon che si è aggiudicato il 4° posto del Premio Cariplo “Ricerca di Frontiera”.
5) Quanto costa questo progetto?
Uno studio di fattibilità è compatibile con il finanziamento ricevuto. Qualora i risultati si dovessero dimostrate all’altezza delle aspettative, l’investimento ulteriore minimo per tradurre il principio in una tecnologia andrebbe ragionevolmente misurato in alcuni milioni di euro. Siamo confidenti che se l’idea si rivelasse vincente, reperire finanziamenti adeguati sarebbe possibile.
6) ExPhon nasce in seno al centro il Centro Mib-Solar, di cosa si tratta?
Il Centro MIB-SOLAR è stato istituito presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca allo scopo di promuovere ed incentivare lo studio e la ricerca di nuovi materiali e dispositivi legati allo sfruttamento dell’energia solare nelle sue varie forme. Ad esempio come fonte di energia rinnovabile in processi fotovoltaici oppure come fonte di energia rinnovabile in processi diversi dall’effetto fotovoltaico e fotocatalisi.
7) Cosa ci dobbiamo aspettare dalla ricerca sul fotovoltaico?
E’ tuttavia indubitabile che le reti per l’energia elettrica destinate al consumo domestico saranno sempre più interessate al fotovoltaico anche se non può essere la sola risposta al fabbisogno energetico del mondo industrializzato.
E’ difficile prevedere oggi cosa ci riserva il futuro ma in una sola ora il sole deposita sulla superficie terrestre una quantità di energia pari al fabbisogno totale annuo dell’umanità, ma si tratta di energia estremamente diffusa, quindi difficile da sfruttare, tuttavia sono convinto che il suo utilizzo diventerà un pilastro fondamentale di un futuro più sostenibile.
Attualmente lo sviluppo delle tecnologie fotovoltaiche è sostenuto da incentivi governativi senza i quali non sarebbe economicamente conveniente, però, ed è per questo che tutte le tecnologie alternative attualmente allo studio lavorano sulla duplice direttrice di ridurre i costi e aumentare le efficienze.
Intervista a cura di Marta Abbà