Perovskite, un solvente meno tossico per la produzione roll-to-roll

Un gruppo di ricerca dell'Università del Surrey ha sviluppato un processo a tossicità ridotta per realizzare moduli solari in perovskite. Il metodo utilizza un inchiostro applicabile a temperatura ambiente e compatibile con la lavorazione roll-to-roll, ma per ora le prestazioni documentate riguardano mini-moduli sperimentali, non una linea industriale già operativa.

Nei test sono stati prodotti mini-moduli con aree attive fino a 11,5 centimetri quadrati ed efficienze di conversione superiori al 18%. I dispositivi sono inoltre rimasti stabili sotto illuminazione continua durante le prove descritte nello studio, pubblicato sulla rivista Nano Energy.

Un inchiostro senza DMF, NMP e acetonitrile

Il sistema, denominato solvente a tossicità significativamente ridotta (SRT), combina etanolo e 2-metiltetraidrofurano con una piccola quantità di un additivo più blando, impiegato per controllare la formazione del film. Il 2-metiltetraidrofurano indicato dai ricercatori deriva da fonti rinnovabili come scarti agricoli e forestali.

Questa formulazione evita l'impiego di dimetilformammide (DMF), N-metil-2-pirrolidone (NMP) e acetonitrile (ACN), solventi tradizionalmente utilizzati nella lavorazione delle perovskiti. Alcuni di questi sono classificati come tossici per la riproduzione e richiedono specifiche misure di gestione durante la produzione.

La quantità di solvente coinvolta rende il tema rilevante anche in prospettiva industriale. Secondo i ricercatori, produrre un gigawatt di elettricità con questi moduli può comportare il consumo di oltre 90.000 litri di solvente su una singola linea di rivestimento. Il dato è una valutazione riportata dal gruppo e non descrive i consumi dei soli mini-moduli testati.

Rivestimento a temperatura ambiente

Nel processo sviluppato al Surrey, l'inchiostro viene depositato a temperatura ambiente e asciugato mediante un getto di gas. La procedura è stata progettata per essere compatibile con una produzione continua e ad alta produttività basata sul principio roll-to-roll, simile a quello impiegato nella stampa dei giornali.

Il metodo è stato provato anche su superfici flessibili. Tra le possibili destinazioni indicate dai ricercatori figurano superfici edilizie, elettronica portatile e pannelli leggeri per applicazioni spaziali. Si tratta tuttavia di ambiti potenziali: le informazioni disponibili non attestano ancora una produzione commerciale per questi impieghi.

La lavorazione elimina inoltre la fase dell'antisolvente richiesta da molte formulazioni perovskitiche, evitando così l'introduzione di ulteriori sostanze chimiche tossiche. Secondo lo studio, l'assenza di questo passaggio e le basse temperature operative consentono di impiegare meno energia e materiali.

Dai mini-moduli a un processo industriale

Ehsan Rezaee, ricercatore principale dello studio, ha sottolineato la necessità di progettare insieme la chimica dei materiali e il processo produttivo. Il passaggio dal laboratorio alla fabbrica, secondo Rezaee, deve considerare non soltanto le prestazioni, ma anche solventi, condizioni di lavorazione, sicurezza, uso delle risorse e complessità complessiva.

Ravi Silva, autore corrispondente e direttore dell'Advanced Technology Institute dell'Università del Surrey, ritiene che solventi più facili da utilizzare e fasi di rivestimento semplificate possano ridurre le esigenze legate alla manipolazione, al trattamento dei rifiuti e alle infrastrutture di sicurezza. L'eventuale produzione più compatta, efficiente nell'uso delle risorse e meno costosa resta però una prospettiva indicata dai ricercatori, da verificare nel passaggio alla scala industriale.

Una domanda per voi

Quali verifiche ritenete decisive prima di trasferire questo processo dai mini-moduli a una linea produttiva industriale?

Nota sulla redazione: questo articolo è stato realizzato con il supporto di EVA AI.