Una nuova generazione di fotovoltaico per gli ambienti interni
“Con VIPER vogliamo trasformare risultati di ricerca di frontiera in una tecnologia concreta per l'energia del futuro”. È questa l'ambizione che guida VIPER (HeaVy pnIctogens based indoor Photovoltaics with up-cyclEd caRbon electrodes), il progetto coordinato dalla professoressa Teresa Gatti del Dipartimento Scienza Applicata e Tecnologia-DISAT, recentemente finanziato con un ERC Proof of Concept, il contributo dello European Research Council, pari a 150 mila euro, che consentirà al gruppo di ricerca di trasformare una tecnologia già validata in laboratorio in prototipi pronti per future applicazioni industriali, verificandone la fattibilità tecnica e commerciale e preparandone il percorso verso il trasferimento tecnologico.
Al centro del progetto c'è una nuova generazione di celle fotovoltaiche progettate non per sfruttare la luce del sole, ma quella artificiale già presente negli ambienti interni. Una sorta di circolo virtuoso dell'energia: la luce che illumina edifici, uffici, scuole e ospedali diventa essa stessa la fonte capace di alimentare sensori, dispositivi elettronici e applicazioni dell'Internet of Things, riducendo al tempo stesso la dipendenza dalle tradizionali batterie.
Questa tecnologia risponde a una sfida sempre più attuale: garantire un'alimentazione continua ai milioni di sensori e dispositivi che stanno rendendo gli edifici sempre più intelligenti. Oggi, questi sistemi dipendono quasi esclusivamente da batterie, che richiedono sostituzioni periodiche e comportano costi economici e ambientali. VIPER punta a superare questo limite sviluppando una fonte di energia autonoma, sostenibile e a bassa manutenzione, capace di sfruttare l'illuminazione già presente nelle nostre case e spazi di lavoro.
Ma come funziona un pannello fotovoltaico progettato per gli ambienti interni? A differenza dei moduli installati sui tetti, ottimizzati per la radiazione solare, il fotovoltaico indoor deve convertire in energia la luce emessa da lampade LED e altre sorgenti artificiali, caratterizzate da un'intensità molto inferiore e da uno spettro luminoso diverso rispetto alla luce del sole. “Per questo motivo sono necessari materiali progettati appositamente per lavorare in condizioni di bassa illuminazione e garantire elevate prestazioni anche all'interno degli edifici”, spiega la professoressa Gatti.
Si utilizzano, quindi, bismuto e antimonio, materiali privi di piombo e metalli nobili che combinano elevata stabilità, ridotta tossicità e ottime prestazioni anche in condizioni di bassa illuminazione, rappresentando un'alternativa più sostenibile ai materiali tradizionalmente impiegati nelle celle fotovoltaiche, che spesso fanno ricorso a elementi più costosi, critici o con un maggiore impatto ambientale, come l'oro e alcuni composti organici oggi utilizzati nelle celle fotovoltaiche di nuova generazione. L'innovazione però non si ferma ai materiali semiconduttori: “Un ulteriore elemento distintivo del progetto è l'approccio all'economia circolare – commenta Gatti – Gli elettrodi saranno infatti realizzati recuperando materiali di scarto, come pneumatici fuori uso e biomasse residuali, trasformandoli in componenti ad alto valore aggiunto per i dispositivi fotovoltaici”.
Come tutti gli ERC Proof of Concept, anche VIPER nasce dall'evoluzione di un precedente progetto finanziato dallo European Research Council. Nel caso di VIPER, il punto di partenza è JANUS BI, l'ERC Starting Grant con cui il gruppo di ricerca ha studiato materiali nanostrutturati ispirati ai processi della fotosintesi naturale, sviluppando nuove strategie per controllare la conversione della luce e il trasferimento di carica. Le conoscenze acquisite rappresentano il fondamento scientifico di VIPER, che ne traduce i risultati in una tecnologia fotovoltaica per gli ambienti interni.
Grazie al finanziamento ERC Proof of Concept, il gruppo di ricerca lavorerà ora alla realizzazione e alla validazione di prototipi in condizioni operative reali, favorendone il trasferimento tecnologico verso applicazioni nei settori degli edifici intelligenti, del monitoraggio ambientale e dell'elettronica a basso consumo.
In questo percorso sarà determinante anche la collaborazione con il Center for Hybrid and Organic Solar Energy (CHOSE) dell'Università di Roma Tor Vergata: “La collaborazione con il gruppo del professor Antonio Agresti rappresenta un valore aggiunto essenziale per validare la tecnologia su scala più avanzata e favorirne il percorso verso future applicazioni industriali. Il nostro obiettivo è contribuire a un ecosistema IoT più efficiente, sicuro e rispettoso dell'ambiente”, conclude la professoressa Teresa Gatti.
