Celle solari in perovskite completamente riciclabili
Se c’è una lezione che ha impartito il fotovoltaico in silicio cristallino, è che ogni generazione tecnologica dovrebbe poter contare su processi di riciclo efficienti ancor prima della fase commerciale. Evitando in questo modo che alla fine della vita utile ci si ritrovi con cumuli di materie prime seconde difficili o impossibile da recuperare. Ecco perché non può che essere accolta con entusiasmo la nuova ricerca condotta nei laboratori della Linköping University (LiU), in Svezia. Qui un gruppo di scienziati ha trovato il mondo per rendere le celle solari riciclabili al 100% utilizzando come solvente principale l’acqua.
Il lavoro si è focalizzato sull’ultima generazione fotovoltaica che impiega strati di perovskiti come materiale attivo. Per questi nuovi dispositivi – oggi ancora un prodotto di nicchia e per lo più legato all’architettura tandem – esistono già comprovate metodologie di riciclo.
La più efficiente è la dissoluzione strato per strato con solventi, seguita dall’estrazione e la rideposizione dei materiali funzionali. Il problema? I solventi impiegati composti come la dimetilformammide (DMF), il clorobenzene o la metilammina, pur svolgendo bene il loro lavoro, sono pericolosi, in molti casi tossici e poco compatibili con con i processi industriali.
Riciclaggio a base acquosa delle celle solari in perovskite
Il gruppo di ricercatori dell’ateneo svedese è riuscito a ideare una strategia di riciclaggio olistica, economica e basata su solventi “verdi” per il fotovoltaico in perovskite. Approccio grazie al quale è possibile recuperare successo quasi tutti i materiali funzionali essenziali, inclusi gli strati di trasporto lacune/elettroni. E con elevata efficienza di riciclaggio e purezza.
“Ci sono molte aziende che vogliono immettere sul mercato le celle solari in perovskite in questo momento, ma vorremmo evitare un’altra discarica”, afferma Niansheng Xu, ricercatore presso la LiU. “In questo progetto, abbiamo sviluppato un metodo in cui tutte le parti possono essere riutilizzate in una nuova cella solare in perovskite senza compromettere le prestazioni di quella nuova”.
Per raggiungere l’obiettivo di celle solari riciclabili al 100%, il team ha creato una soluzione acquosa a cui ha aggiunto tre additivi a basso costo: acetato di sodio, ioduro di sodio e acido ipofosforoso.
La soluzione permette di smantellare le perovskiti degradate, “ringiovanendole” allo stesso tempo. E recuperando così materiali di alta qualità. L’approccio può essere esteso agli strati di trasporto di carica, ai substrati, ai vetri di copertura e agli elettrodi metallici.
“Dopo ripetuti processi di degradazione-riciclaggio, i dispositivi riciclati mostrano efficienza e stabilità simili rispetto ai dispositivi nuovi. La nostra strategia di riciclaggio olistica riduce del 96,6% l’esaurimento delle risorse e del 68,8% gli impatti di tossicità umana (effetti cancerogeni) associati al fotovoltaico di perovskite rispetto al trattamento in discarica”, si legge nella pubblicazione scientifica.
Il prossimo passo per il gruppo sarà quello di ottimizzare il metodo per un uso su larga scala in un processo industriale.
La ricerca è stata pubblicata su Nature (testo in inglese).