La società moderna sta cercando in tutti i modi di rendersi indipendente dai combustibili fossili, e per farlo deve puntare sulle fonti energetiche rinnovabili, tra cui vi è l’energia solare, che ha già dimostrato negli anni precedenti di avere un notevole potenziale di crescita e ampi margini di risparmio.

Per catturare i raggi del sole serve una conversione fotovoltaica, che trasforma l’energia proveniente dalla stella in energia elettrica. Le prime celle fotovoltaiche prodotte sono state realizzate con il silicio, che è rimasto fino ai giorni nostri il materiale più sfruttato nell’industria fotovoltaica, dando vita a quelle che vengono chiamate celle di prima generazione. A breve avremo modo di comprendere le ragioni del suo successo.

Silicio: proprietà e caratteristiche

Il silicio è riuscito a dominare il mercato del fotovoltaico, e continuerà a farlo per qualche anno. Si tratta di un metalloide estremamente abbondante in natura, tanto che si classifica al secondo posto come elemento chimico più diffuso sul pianeta, dopo l’ossigeno. Si trova sotto forma di silicati come il quarzo o le rocce sedimentarie, e presenta delle somiglianze con il diamante a causa del suo aspetto cristallino. Viene sfruttato in diversi campi, tra cui la produzione di moduli fotovoltaici, in quanto è un perfetto semiconduttore, anche se per poter essere impiegato in questo settore deve subire una serie di processi industriali, che comportano tra le altre cose l’aggiunta di elementi per controllare meglio la variazione della conducibilità elettrica. Nella sua purità il silicio è un solido dal colore blu grigiastro e dalla lucentezza metallica e, dopo aver subito un’attenta raffinazione, diventa silicio di grado solare. Le celle possono essere costituite da silicio monocristallino, dalla tipica colorazione nera e dalla forma quadrata, ottenute tramite il taglio di un wafer tondeggiante, a cui vengono eliminate le parti arrotondate. I pannelli fotovoltaici in silicio monocristallino mantengono alte prestazioni  nel tempo, anche in condizioni di bassa intensità di radiazione solare, sebbene abbiano un costo meno contenuto rispetto ai pannelli in silicio policristallino; anzi questi ultimi arrivano a superarne anche i livelli di produttività, mostrandosi più tolleranti al calore, ma meno flessibili allo scarso irraggiamento.

I moduli in silicio policristallino si producono fondendo il materiale e inserendolo in degli stampi quadrati, e si presentano con una tipica colorazione bluastra, che ha lo svantaggio di renderli più impattanti dal punto di vista architettonico. 

Materiali di seconda generazione: il silicio amorfo

Sul mercato ha iniziato a diffondersi un nuovo materiale per i pannelli solari, ovvero il silicio amorfo, che viene depositato sulla loro superficie in maniera uniforme, formando un film sottile spesso di pochi millimetri. Quest’innovazione sancisce la nascita dei pannelli fotovoltaici in silicio di seconda generazione, per i quali serve una minor quantità di silicio rispetto ai precedenti, oltre a un minore investimento di denaro. Il rendimento ottenuto sarà inferiore rispetto al silicio cristallino, tuttavia l’efficienza può essere aumentata installando degli ottimizzatori di potenza sotto ciascun pannello, inoltre riescono a integrarsi meglio sugli edifici e a funzionare perfettamente in caso di cielo coperto o in periodi della giornata non particolarmente luminosi, come la prima mattina.

La forza del silicio amorfo sta soprattutto nell’avere poco impatto ambientale, sia quando viene prodotto che quando viene utilizzato, ed è la sua capacità di essere sostenibile che probabilmente lo ha reso diffuso in maniera così capillare.

Uno sguardo verso il futuro: le alternative al silicio

A intaccare il dominio delle celle fotovoltaiche in silicio ci sta pensando la perovskite, un minerale di biossido di titanio di calcio dalle ottime proprietà conduttrici, in grado di aumentare il rendimento energetico del 15%, in quanto reagisce a diverse lunghezze d’onda della luce, consentendo una sua maggiore conversione.

Un materiale come la perovskite aiuterebbe anche ad abbattere i costi di produzioni ancora molto alti, perché è più semplice da lavorare, e il suo sfruttamento diventa interessante perché, essendo flessibile e semi-trasparente, si presterebbe a essere applicato sulle facciate degli edifici, soluzione che in futuro verrà molto richiesta. Tuttavia, rimangono dubbi rispetto all’effettiva durata delle celle prodotte con questo materiale innovativo, così come sull’eventuale rilascio di sostanze tossiche.  La cosa certa però è che le emissioni connesse alla produzione e all’utilizzo di celle in perovskite sono quattro volte inferiori rispetto a quelle legate alle celle di silicio.