Il progetto Insobild, ideato da un laboratorio dell’Università di Verona, mira a sviluppare celle solari a film sottile da integrare negli edifici e in prodotti di uso comune
“Ricordo ancora quando l’Università di Verona mi assegnò il primo spazio vuoto negli edifici di Ca Vignal per allestire un laboratorio dedicato allo studio del fotovoltaico. Avevo 34 anni: dopo una laurea in Fisica sperimentale a Parma, avevo trascorso gli ultimi sette al Politecnico di Zurigo, tra dottorato e post-doc. Era stata un’esperienza che mi aveva permesso di approfondire i miei interessi di ricerca, alimentati da una passione che volevo trasmettere ad altri studenti e professori”.
È nato così, da un’intuizione del professor Alessandro Romeo, il Laboratory for Photovoltaics and Solid State Physics (Laps) di Verona: oggi nella struttura lavora un team composto da cinque ricercatrici provenienti da Italia, Pakistan, India, Iran e Marocco.
Nel giro di 15 anni, il laboratorio è diventato un centro d’eccellenza in Italia per lo studio delle celle solari a film sottile, una tecnologia innovativa che sta trasformando il settore fotovoltaico.
“Il Laboratory for Photovoltaics and Solid State Physics dell’Università di Verona è diventato un centro d’eccellenza in Italia per lo studio delle celle solari a film sottile”
Ora il Laps è impegnato in un progetto che potrebbe rivoluzionare il mercato del solare e creare una nuova filiera in Europa. Sostenuto da Fondazione Cariverona, Insobild – questo il nome del programma, in partnership con il gruppo Manni – mira a sviluppare processi di produzione innovativi, che prevedono l’impiego di nuovi materiali, per realizzare film sottili fotovoltaici da integrare in edifici e prodotti di uso comune.
L’obiettivo è sfruttare al massimo una preziosa fonte d’energia rinnovabile come il sole, superando i limiti delle tecnologie oggi in circolazione.
Dai moduli in silicio ai film sottili
Circa il 40% dell’energia elettrica prodotta in Italia proviene da fonti rinnovabili e il fotovoltaico è al secondo posto (22%), subito dopo l’idroelettrico (39%). Negli ultimi 10-15 anni, grazie a massicci incentivi e al crollo del costo dell’energia, il numero di impianti solari è quasi raddoppiato, passando da circa 600mila a oltre un milione.
“Eppure – sottolinea Romeo – il potenziale di applicazione del fotovoltaico è molto più elevato rispetto all’uso che ne stiamo facendo”.
“Il 22% dell’energia elettrica rinnovabile prodotta in Italia proviene dal fotovoltaico: in 10-15 anni il numero di impianti solari è passato da quasi 600mila a oltre un milione”
I limiti
Nonostante la buona sostenibilità economica oltre che ambientale, la tecnologia attuale ha infatti una serie di limiti che ne condizionano lo sviluppo. Innanzitutto, gli impianti hanno bisogno di vaste aree e consumano suolo che potrebbe essere usato in altro modo.
Per l’applicazione nel settore edilizio, invece, i moduli – costruiti prevalentemente in silicio – sono pesanti, poco flessibili, costosi da trasportare e, di conseguenza, difficili da integrare alle superfici.
“Per questo motivo, negli ultimi anni, si guarda con sempre maggior interesse alle celle solari a film sottile, dello spessore di qualche micrometro, da integrare in edifici o prodotti come automobili, strade, oggetti tecnologici, ecc.”.
“A differenza dei moduli in silicio – spiega Romeo – possono essere realizzati su substrati flessibili, risultando leggeri e pieghevoli, e quindi molto più facili da trasportare e da applicare. Si adattano inoltre a qualsiasi tipologia di superficie”.
“Rispetto ai moduli in silicio, le celle solari a film sottile sono più leggere, pieghevoli e facili da trasportare. Si adattano inoltre a qualsiasi tipologia di superficie“
Il potenziale per lo sviluppo di queste tecnologie è quindi elevato: “Per queste applicazioni si sta rapidamente aprendo un grande mercato, anche grazie a una nuova sensibilità ecologica. I possibili usi di questi prodotti sono infiniti: giocheranno, ad esempio, un ruolo fondamentale per l’alimentazione di sensori e dispositivi del cosiddetto internet of things”.
Materiali innovativi per nuovi processi produttivi
Già da qualche anno i film sottili sono entrati a far parte dei nostri edifici. “Lo stadio di Verona Marcantonio Bentegodi, per esempio, ha un’ampia copertura realizzata con pannelli di questo tipo: sono stati prodotti dall’azienda americana First Solar con un materiale studiato anche nel nostro laboratorio”.
Nonostante un’ottima efficienza energetica, quelli attualmente in circolazione hanno però dei limiti: “Possono avere elementi relativamente tossici – anche se poi il composto finito non è pericoloso per la salute -, oltre a essere abbastanza rari sulla crosta terreste, scarsamente stabili o difficilmente scalabili sul piano industriale”.
Il progetto Insobild mira a superare alcuni di questi ostacoli per contribuire a dare un nuovo impulso al settore.
“Abbiamo deciso di studiare due configurazioni innovative per i film sottili, con due materiali relativamente nuovi: il CZTS (a base di rame, zinco, stagno, selenio) per il fotovoltaico integrato in pannelli edili e il seleniuro di antimonio per le applicazioni nei prodotti.
“L’obiettivo di Insobild non è solo realizzare celle, ma anche sviluppare due processi di produzione brevettabili e facilmente trasferibili a livello industriale”, sottolinea Romeo.
“Gli attuali film sottili possono avere elementi relativamente tossici, oltre a essere abbastanza rari sulla crosta terreste, scarsamente stabili o difficilmente scalabili”
I materiali selezionati sono atossici, ampiamente disponibili in natura e – secondo i risultati dei primi studi – possono arrivare ad avere efficienze simili a quelli attualmente in uso.
Rispetto al silicio, promettono, inoltre, di ridurre considerevolmente i costi: “Le celle realizzate con questo semiconduttore devono essere cristallizzate in alti forni con temperature superiori ai 1.000 gradi. Con i film sottili abbiamo bisogno di circa 300-400 gradi, per un notevole risparmio energetico”.
Una filiera europea per recuperare il gap con la Cina
L’innovazione su cui insiste Insobild non riguarda solo i materiali, ma anche i processi di produzione.
“Oggi i film sottili vengono applicati in una linea di produzione in cui il processo è realizzato sottovuoto. Con il nostro CZTS – attualmente realizzato depositando una miscela liquida sulla superficie di un pannello rotante, che ne facilita l’espansione – vorremmo invece brevettare un sistema che utilizzi, molto più semplicemente, uno spray”.
“Per il seleniuro di antimonio tenteremo invece un procedimento di evaporazione su piccola scala, anche per supporti flessibili e bifacciali”. Questi nuovi sistemi di deposizione abbatterebbero i costi, rendendo il processo facilmente scalabile e accessibile anche per le imprese italiane.
Una nuova produzione
“L’obiettivo di Insobild è creare una produzione in linea, grazie alla quale diventerebbe semplice far entrare un pannello edile e far uscire un prodotto fotovoltaico integrato, pronto all’uso. Se si diffondesse, un sistema di questo tipo potrebbe contribuire allo sviluppo di una nuova filiera in Europa”.
Oggi, infatti, il mercato è completamente dominato dalla Cina. “Negli ultimi 20-30 anni i cinesi hanno investito molto su diverse fonti di energia, compreso il fotovoltaico: hanno creato una filiera da zero sia per la realizzazione che per l’assemblaggio delle celle in silicio, massificando la produzione e vendendo anche sottocosto pur di battere la concorrenza”.
“Il nostro obiettivo è creare una produzione in linea per contribuire allo sviluppo di una nuova filiera del solare in Europa”
“Ci sono sicuramente riusciti visto che oggi 9 delle 10 aziende leader del settore sono cinesi – guarda caso l’unica non cinese produce film sottili ed è la già citata First Solar – e la quasi totalità dei moduli in silicio proviene da lì”.
La dipendenza di tutto il settore fotovoltaico da Pechino, però, potrebbe rivelarsi pericolosa sul piano geopolitico, come recentemente dimostrato dalla guerra tra Russia e Ucraina.
“Sul silicio possiamo e dobbiamo provare a recuperare, ma penso ci vorrà molto tempo per chiudere completamente il gap e tornare a competere con la Cina come in passato. Per questo motivo dobbiamo puntare su strategie alternative, che riportino il solare anche qui in Europa”
“Se Insobild avrà successo e i nuovi processi di produzione si diffonderanno, potremo dare il nostro contributo per un grande passo in avanti in questa direzione”. A beneficio non solo dell’ambiente, ma anche dell’economia dell’Unione europea.
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