Sviluppare soluzioni innovative per l’impiego e il riciclo delle materie prime utilizzate nella tecnologia dei sistemi fotovoltaici. Questa è la sfida su cui si sono misurati i partecipanti alla prima edizione della Summed PV in “Raw Materials in Photovoltaics” che si è svolta in Bicocca dal 9 al 13 settembre, grazie ad un finanziamento di un progetto europeo della EIT-Raw Materials.
Simona Binetti, referente della Summer School e direttrice di MIB-SOLAR, spiega: «I 58 studenti, provenienti da università italiane ed estere, hanno condiviso cinque giorni di lezioni con speaker esperti, attività di laboratorio, visite in impianto, appuntamenti culturali, eventi sociali ed attività di gruppo sulla tematica dei raw materials e sul riciclo nel campo del fotovoltaico. Per gli studenti e le studentesse – prosegue la professoressa – è stata anche una bellissima occasione di nascita e di condivisione di idee innovative tra esperti del settore e giovani ricercatori. Saranno infatti questi ultimi che porteranno avanti la ricerca e il trasferimento industriale di essa nei prossimi anni in un settore strategico e di primaria importanza come quello dell’energia solare».
Come si costruisce un progetto di questo tipo? Ce lo raccontano direttamente i protagonisti, i componenti del gruppo di lavoro premiato per aver presentato il miglior progetto, ai quali abbiamo chiesto di ripercorrere la loro recente esperienza all’interno della Summed PV.
Il vostro progetto si intitola Recyclable Encapsulant for Wearable Sn pErovskite. Su quale problema vi siete concentrati?
Ilaria Lameri - Ci siamo concentrati sullo sviluppo di un prototipo di modulo fotovoltaico flessibile a base di perovskite per dispositivi indossabili. Le perovskiti rappresentano una tecnologia promettente grazie alla loro efficienza e leggerezza, ma presentano una sfida cruciale legata alla presenza di piombo al loro interno, un elemento altamente tossico e soggetto a severe restrizioni normative. Per i dispositivi flessibili, le normative europee che limitano la quantità di piombo sono ancora più stringenti rispetto ai pannelli fotovoltaici standard, poiché il limite è calcolato sul volume del dispositivo; i moduli flessibili, essendo molto sottili, tendono a superare facilmente tali limiti. Inoltre, dopo Summed PV siamo diventati più consapevoli dell'impatto ambientale legato alla produzione di pannelli fotovoltaici. Per questo motivo abbiamo deciso di approfondire anche la ricerca di materiali alternativi per l'incapsulante, con l'obiettivo di ridurre l'impronta ecologica del nostro prototipo.
Quali soluzioni avete progettato per affrontare queste criticità?
Carla Gobbo - Abbiamo progettato diverse soluzioni innovative per affrontare le sfide legate allo sviluppo di un prototipo di modulo fotovoltaico flessibile indossabile. In primo luogo, ci siamo focalizzati sull'ottimizzazione del materiale fotovoltaico a base di perovskite, cercando di massimizzarne l'efficienza e, al contempo, di eliminare il contenuto di piombo. Rimuovere il piombo rende i dispositivi indossabili più sicuri, sostenibili e conformi alle normative, migliorando così la loro fattibilità commerciale. A tal fine, abbiamo esplorato vari approcci per sostituire il piombo con materiali alternativi, come lo stagno, che garantiscano prestazioni simili. Parallelamente, ci siamo concentrati sullo sviluppo di un incapsulante innovativo, proveniente da fonti alternative e materiali di scarto, per ridurre l'impatto ambientale e prevenire la degradazione della perovskite. Infine, abbiamo progettato un piano per ottimizzare il funzionamento delle celle solari su substrati flessibili, assicurando che il nostro prototipo possa alimentare in modo efficace dispositivi elettronici e sensori indossabili. Queste soluzioni integrate e multidisciplinari permetterebbero di realizzare un pannello solare flessibile completamente privo di piombo, mantenendo elevate prestazioni e sostenibilità.
Come riassumere le fasi di sviluppo e realizzazione del vostro progetto?
Giulio Koch - Per sviluppare il progetto, ci siamo basati sulle capacità e abilità possedute dai laboratori dove stiamo svolgendo la nostra attività di ricerca nell’ambito del dottorato, per individuare con confidenza le aree di forza e le lacune di conoscenza da colmare per raggiungere i nostri obbiettivi. Per questo nel progetto abbiamo individuato una prima fase di sviluppo e ottimizzazione del materiale fotovoltaico che servirà da fondamento per il funzionamento del dispositivo finale. Allo stesso tempo si vuole lavorare sulla produzione di un incapsulante proveniente da fonti alternative e materiali di scarto. Infine nel progetto è prevista l’ottimizzazione del funzionamento delle celle solari su materiali flessibili. Le conoscenze generate da questi sforzi informeranno l’attività di produzione di un prototipo funzionale: un pannello solare flessibile completamente privo di piombo, reso stabile da un incapsulante prodotto da materiali di scarto, e sufficientemente efficiente per alimentare dispositivi elettronici o sensori indossabili.
Di quali professionalità e attrezzature avreste bisogno per la realizzazione del progetto?
Muhammad Okash Ur Rehman – Nel progetto si prevede di coinvolgere un assegnista di ricerca per 6 mesi, incaricato della ricerca computazionale per individuare tre possibili composti stabili per perovskiti senza piombo. Un altro assegnista, basandosi sui risultati ottenuti, si dovrebbe occupare per un anno della sintesi e dell’ottimizzazione di questi materiali. Parallelamente, due dottorandi, nel corso dei loro 3 anni di studi, lavoreranno alla sintesi e all’ottimizzazione dell’incapsulante, utilizzando cellulosa riciclata dai residui della lavorazione della canna da zucchero. Un terzo dottorando sarà responsabile dell'integrazione delle perovskiti senza piombo e dell’incapsulante in un dispositivo flessibile funzionante. Poiché il progetto nasce dalla collaborazione di gruppi di ricerca già attivi nel campo delle perovskiti senza piombo e dei dispositivi flessibili, abbiamo ipotizzato la disponibilità nei nostri laboratori delle principali attrezzature necessarie per la sintesi e la caratterizzazione di pannelli fotovoltaici. Tuttavia, oltre ai materiali indispensabili per le sintesi e le varie misurazioni, nel progetto è previsto l’acquisto di un braccio meccanico per eseguire test di stress sui pannelli flessibili e una stampante 3D per la realizzazione del dispositivo finale.
Sul fronte del fattore economico, come avete costruito un ipotetico budget?
Maoz Maoz - Il budget ipotetico è stato attentamente bilanciato per supportare un team multidisciplinare di ricercatori, acquisire materiali di consumo e investire nelle attrezzature necessarie per raggiungere gli obiettivi e i risultati previsti dal progetto. Inoltre, parte del budget è stata destinata alla gestione del progetto, alla diffusione e alla divulgazione. Per superare eventuali incertezze nel corso del progetto, abbiamo allocato il 10% del budget a un piano di contingenza. Distribuendo strategicamente le risorse tra personale, materiali e diffusione, il nostro approccio si è dimostrato più sistematico poiché copre tutte le necessità essenziali per portare avanti con successo il progetto di ricerca.
Cosa ha rappresentato questa esperienza nell’ambito della Summer School?
Madineh Rastgoo - Questa occasione di condivisione e scambio è stata estremamente preziosa per approfondire le mie conoscenze nel campo delle celle solari, dell'energia sostenibile e dei materiali innovativi. Lavorare con un team interdisciplinare mi ha permesso di affrontare le sfide legate all'efficienza energetica e all'uso di materiali più ecologici in modo integrato e collaborativo. Lo scambio di idee con persone di diversi background mi ha arricchito professionalmente, permettendomi di esplorare soluzioni nuove e sostenibili per migliorare le tecnologie fotovoltaiche. L'intera esperienza ha stimolato la mia creatività e mi ha reso più consapevole dell'importanza delle risorse rinnovabili e del loro impatto futuro.
Qual è il vostro percorso formativo o di cosa vi occupate?
Ilaria Lameri - A novembre inizierò un dottorato all'Università di Milano-Bicocca, in cui studierò la relazione tra le proprietà ottiche dei semiconduttori organici e la loro struttura, concentrandomi in particolare sulla singlet fission, un fenomeno che potrebbe avere importanti applicazioni nel fotovoltaico.
Carla Gobbo - Il mio progetto di dottorato riguarda lo sviluppo di pannelli solari innovativi che utilizzano due tipi di materiali, kesteriti e perovskiti, in configurazione tandem per massimizzare l'energia prodotta. Questi pannelli sono progettati per essere leggeri e flessibili, il che li rende adatti a una vasta gamma di applicazioni, per esempio possono essere integrati in veicoli e edifici.
Giulio Koch - Il mio dottorato si concentra su fabbricazione e caratterizzazione di celle solari flessibili a perovskite per applicazioni spaziali. Il mio lavoro si concentra sullo studio dei problemi relativi alla produzione di tali celle su substrati flessibili, e l’investigazione del loro funzionamento nello spazio, in orbita o oltre.
Muhammad Okash Ur Rehman - Sono Muhammad Okash Ur Rehman dal Pakistan. Sono uno studente di dottorato nel gruppo del Prof. Antonio Abate presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale, Università degli Studi di Napoli Federico II. Sto lavorando alla fabbricazione e alla caratterizzazione di celle solari in perovskite a base di Sn senza piombo/DMSO-free. Inoltre, sto anche lavorando sull'ingegneria della passivazione per affrontare i problemi di stabilità associati alla perovskite a base di Sn.
Maoz Maoz - Svolgo un dottorato in Photovoltaics, la mia ricerca è focalizzata sullo sviluppo di un sistema polimerico multistrato per moduli fotovoltaici flessibili, con l'obiettivo di migliorarne le prestazioni e l'affidabilità.
Madineh Rastgoo - Sono un'ingegnera dei materiali che lavora nel campo delle celle solari a perovskite.
