Cellule Solari Sensibilizzate con Dyes: Rivoluzionare l’Energia Rinnovabile con Innovazione Colorata. Scopri come questa tecnologia dirompente sta plasmando il futuro della raccolta solare. (2025)

• Introduzione alle Cellule Solari Sensibilizzate con Dyes (DSSCs)
• Sviluppo Storico e Milestone Chiave
• Materiali di Base e Architettura della Cellula
• Principio di Funzionamento: Come le DSSCs Convertiscono la Luce in Elettricità
• Prestazioni Comparativa: DSSCs vs. Celle Solari a Base di Silicio
• Recenti Scoperte e Miglioramenti dell’Efficienza
• Principali Attori dell’Industria e Istituzioni di Ricerca (ad es. ieee.org, nrel.gov)
• Trend di Mercato e Interesse Pubblico: Previsioni di Crescita 2024–2030
• Sfide: Stabilità, Scalabilità e Commercializzazione
• Prospettive Future: Innovazioni, Applicazioni e Impatto sulla Sostenibilità
• Fonti & Riferimenti

Introduzione alle Cellule Solari Sensibilizzate con Dyes (DSSCs)

Le Cellule Solari Sensibilizzate con Dyes (DSSCs) rappresentano una classe di dispositivi fotovoltaici di terza generazione che offrono un’alternativa promettente alle tradizionali celle solari a base di silicio. Concettualizzate per la prima volta all’inizio degli anni ’90, le DSSCs utilizzano un colorante fotosensibile per assorbire la luce solare e generare elettricità attraverso un processo che imita la fotosintesi naturale. La struttura di base consiste tipicamente in uno strato poroso di nanoparticelle di biossido di titanio rivestito con un colorante assorbente di luce, una soluzione elettrolitica e un elettrodo controelettrodo. Questo design consente alle DSSCs di operare efficientemente in condizioni di luce diffusa e a vari angoli, rendendole particolarmente adatte per applicazioni interne e a bassa luminosità.

A partire dal 2025, le DSSCs stanno ricevendo una nuova attenzione grazie ai progressi nella scienza dei materiali e nelle tecniche di produzione. I recenti sviluppi si sono concentrati sul miglioramento della stabilità, dell’efficienza e della scalabilità di queste celle. In particolare, l’integrazione di nuovi coloranti organici e privi di metallo, nonché di elettroliti a stato solido, ha portato a significativi miglioramenti nelle prestazioni e nella longevità dei dispositivi. Ad esempio, i gruppi di ricerca affiliati alla École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), un’istituzione leader nell’innovazione delle DSSC, hanno riportato efficienze di conversione della potenza superiori al 15% in condizioni di illuminazione standard, riducendo il divario con i fotovoltaici tradizionali a base di silicio.

Le DSSCs si distinguono anche per il loro potenziale di produzione a basso costo e flessibilità nel design. A differenza dei rigidi pannelli in silicio, le DSSCs possono essere fabbricate su substrati leggeri e flessibili, consentendo la loro integrazione in materiali da costruzione, elettronica indossabile e dispositivi portatili. Questa versatilità ha attirato l’interesse sia di soggetti accademici che industriali. Organizzazioni come il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems in Germania stanno esplorando attivamente processi di produzione scalabili e scenari di distribuzione nel mondo reale per le DSSC.

Guardando ai prossimi anni, le prospettive per le DSSC sono influenzate da sforzi continui per affrontare le sfide chiave, inclusa la stabilità operativa a lungo termine e lo sviluppo di componenti ecologicamente sostenibili. L’Unione Europea e altri enti governativi stanno sostenendo progetti di ricerca e dimostrazione mirati a commercializzare la tecnologia delle DSSC, in particolare per applicazioni in cui i fotovoltaici tradizionali sono meno efficaci. Poiché la domanda globale di soluzioni energetiche sostenibili e adattabili cresce, le DSSC sono pronte a giocare un ruolo sempre più importante nella diversificazione del panorama dell’energia solare.

Sviluppo Storico e Milestone Chiave

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) hanno evoluto significativamente dalla loro nascita, con il 2025 che segna oltre tre decenni di ricerca e sviluppo. La scoperta fondamentale è avvenuta nel 1991, quando Michael Grätzel e Brian O’Regan hanno introdotto la prima DSSC efficiente, spesso chiamata “cellula di Grätzel”. Questa innovazione utilizzava un elettrodo in biossido di titanio (TiO₂) mesoporoso sensibilizzato con un colorante a base di rutenio, raggiungendo un’efficienza di conversione di circa il 7%. Questo traguardo ha dimostrato la fattibilità di dispositivi fotovoltaici a basso costo e flessibili, stimolando l’interesse della ricerca globale.

Negli anni 2000 e 2010, sono stati fatti miglioramenti incrementali sia in efficienza che in stabilità. Le tappe chiave includevano lo sviluppo di nuovi coloranti organici e privi di metallo, progressi negli elettroliti a stato solido e l’introduzione di mediatori redox alternativi per sostituire il sistema tradizionale ioduro/triioduro. All’inizio degli anni 2020, le DSSC di laboratorio avevano raggiunto efficienze di conversione superiori al 14% in condizioni di illuminazione standard, con alcuni report di oltre il 30% di efficienza in condizioni di bassa luminosità o ambienti interni, rendendole attraenti per applicazioni come l’alimentazione di dispositivi Internet of Things (IoT) e sensori interni.

Negli ultimi anni, diverse organizzazioni hanno svolto ruoli fondamentali nell’avanzare la tecnologia delle DSSC. L’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), dove il gruppo di Grätzel rimane un leader, continua a spingere i limiti di efficienza e stabilità. Il National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti mantiene un database completo dei record di efficienza fotovoltaica, incluse le DSSC, e sostiene sforzi di ricerca collaborativa. Oxford PV, una spin-off dell’Università di Oxford, ha contribuito alla commercializzazione di celle solari sensibilizzate con perovskite e ibride, che condividono alcuni principi con le DSSC.

Il periodo che ha preceduto il 2025 ha visto le DSSC passare dalla ricerca prevalentemente accademica alla commercializzazione nelle fasi iniziali. Aziende come GCell e Exeger hanno lanciato prodotti basati sulle DSSC mirati a mercati di nicchia, inclusi dispositivi elettronici autosufficienti e fotovoltaici integrati nelle costruzioni. Questi sforzi sono supportati da collaborazioni internazionali e finanziamenti da organizzazioni come l’International Energy Agency (IEA), che riconosce le DSSC come una tecnologia promettente per l’energia solare di nuova generazione.

Guardando avanti, i prossimi anni si concentreranno sulla scalabilità della produzione, sul miglioramento della stabilità operativa a lungo termine e sulla riduzione dei costi. L’integrazione di nuovi materiali—come coppie redox a base di cobalto, coloranti avanzati e substrati flessibili—probabilmente porterà ulteriori guadagni di prestazioni. Man mano che le DSSC continuano a maturare, le loro proprietà uniche, tra cui trasparenza, capacità di cambiare colore e prestazioni superiori alla luce diffusa, le posizionano come tecnologia complementare ai fotovoltaici convenzionali a base di silicio, specialmente in applicazioni emergenti e ambienti urbani.

Materiali di Base e Architettura della Cellula

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) continuano ad attrarre un notevole interesse di ricerca e commerciale nel 2025 grazie alla loro combinazione unica di materiali a basso costo, flessibilità e potenziale per l’integrazione in una varietà di superfici. L’architettura di base delle DSSCs consiste tipicamente in un fotoelettrodo realizzato con uno strato mesoporoso di biossido di titanio (TiO₂), un colorante sensibilizzante, un elettrolita contenente un mediatore redox e un controelettrodo, spesso rivestito con materiali a base di platino o carbonio.

Negli ultimi anni si sono registrati notevoli progressi in ciascuno di questi componenti fondamentali. Il fotoelettrodo rimane prevalentemente a base di TiO₂, ma la ricerca si concentra sempre più sulle morfologie nanostrutturate e su metalli alternativi come l’ossido di zinco (ZnO) e l’ossido di stagno (SnO₂) per migliorare il trasporto degli elettroni e ridurre le perdite di ricombinazione. Anche la scelta del colorante sta evolvendo: mentre i complessi a base di rutenio sono stati a lungo lo standard per la loro stabilità e ampia assorbimento, i coloranti organici e i sensibilizzatori privi di metallo stanno guadagnando terreno per i loro costi inferiori e benefici ambientali. Nel 2025, i sistemi sensibilizzati con perovskite e co-sensibilizzati stanno venendo esplorati attivamente per ampliare ulteriormente lo spettro di assorbimento e migliorare l’efficienza.

L’elettrolita, tradizionalmente una coppia redox ioduro/triioduro (I^–/I₃^–) in forma liquida, è un punto centrale per l’innovazione. Gli elettroliti liquidi, sebbene efficaci, presentano sfide relative a perdite e stabilità a lungo termine. Di conseguenza, elettroliti quasi solidi e a stato solido, inclusi gel polimerici e liquide ioniche, vengono sviluppati per migliorare la durabilità del dispositivo e consentire applicazioni pratiche. Questi progressi sono fondamentali per la commercializzazione delle DSSC, in particolare per i fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV) e l’elettronica portatile.

Per quanto riguarda il controelettrodo, il platino rimane il benchmark per l’attività catalitica, ma costi e scarsità spingono la ricerca verso alternative come nanotubi di carbonio, grafene e composti dei metalli di transizione. Questi materiali offrono prestazioni promettenti e meglio scalabilità, allineandosi con gli obiettivi di sostenibilità dell’industria solare.

L’architettura delle DSSCs è anche in fase di adattamento per nuove applicazioni. I substrati flessibili, i design a celle tandem e le configurazioni semi-trasparenti sono in fase di sviluppo attivo, consentendo l’integrazione in finestre, facciate e dispositivi indossabili. Organizzazioni come il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems e l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) sono all’avanguardia in queste innovazioni, con progetti in corso mirati sia a miglioramenti di efficienza che a distribuzioni nel mondo reale.

Guardando avanti, nei prossimi anni ci si aspetta una ulteriore ottimizzazione dei materiali di base e dell’architettura della cellula, con un focus su stabilità, scalabilità e impatto ambientale. La convergenza tra scienza dei materiali, nanotecnologia e ingegneria dei dispositivi si appresta a portare le DSSC più vicino a una diffusione commerciale su larga scala, in particolare in mercati di nicchia dove le loro proprietà uniche offrono chiari vantaggi.

Principio di Funzionamento: Come le DSSCs Convertiscono la Luce in Elettricità

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) rappresentano una classe distinta di dispositivi fotovoltaici che mimano la fotosintesi naturale per trasformare la luce solare in elettricità. Il loro principio di funzionamento si basa sul processo fotoelettrochimico, che coinvolge diversi componenti chiave: un substrato di ossido conduttivo trasparente (TCO), un semiconduttore mesoporoso (tipicamente biossido di titanio, TiO₂), un colorante sensibilizzante, un elettrolita contenente un mediatore redox e un controelettrodo. A partire dal 2025, gli sforzi di ricerca e sviluppo in corso stanno raffinando ciascuno di questi componenti per migliorare efficienza, stabilità e scalabilità.

Il processo inizia quando i fotoni della luce solare colpiscono le molecole di colorante adsorbiti sulla superficie dello strato di TiO₂. Il colorante, spesso un complesso a base di rutenio o, sempre più, alternative a base di organico e perovskite, assorbe la luce visibile e diventa fotoeccitato. Questa eccitazione provoca l’iniezione di un elettrone dallo stato eccitato del colorante nella banda di conduzione del semiconduttore TiO₂. L’elettrone passa quindi attraverso le nanoparticelle di TiO₂ interconnesse ed è raccolto all’anodo TCO, tipicamente realizzato in vetro di ossido di stagno drogato con fluoruro (FTO).

Nel frattempo, la molecola di colorante ossidata viene rigenerata accettando elettroni dal mediatore redox nell’elettrolita, comunemente una coppia ioduro/triioduro (I^–/I₃^–). Il mediatore redox è a sua volta rigenerato all’elettrodo di controparte, spesso rivestito con materiali a base di platino o carbonio, completando così il circuito. Questa sequenza di assorbimento della luce, iniezione degli elettroni, rigenerazione del colorante e trasporto di carica è alla base del funzionamento delle DSSC.

I recenti progressi, come riportato da organizzazioni come il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems e l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), si sono concentrati sul miglioramento della fotostabilità dei coloranti, nello sviluppo di elettroliti a base di cobalt e a stato solido per sostituire i sistemi liquidi volatili, e nell’ingegnerizzazione di nuove nanostrutture semiconduttive per un migliorato trasporto degli elettroni. Nel 2023, i ricercatori dell’EPFL hanno raggiunto un’efficienza di conversione della potenza certificata superiore al 15% per le DSSC in condizioni di illuminazione standard, un traguardo significativo per la tecnologia.

Guardando al 2025 e oltre, le prospettive per le DSSC sono promettenti, in particolare per applicazioni in fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV), raccolta di energia interna e elettronica flessibile. L’unica capacità delle DSSC di operare in modo efficiente alla luce diffusa e la loro colorazione e trasparenza regolabili le rendono attraenti per le applicazioni solari di nuova generazione. La collaborazione in corso tra istituzioni accademiche e leader del settore è prevista per ottimizzare ulteriormente il principio di funzionamento e la fattibilità commerciale delle DSSC nei prossimi anni.

Prestazioni Comparativa: DSSCs vs. Celle Solari a Base di Silicio

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) continuano ad attrarre un notevole interesse di ricerca e commerciale nel 2025, in particolare come potenziale alternativa alle tecnologie fotovoltaiche (PV) convenzionali a base di silicio. Le prestazioni comparative delle DSSC e delle celle solari a base di silicio sono definite da diversi parametri chiave: efficienza di conversione della potenza (PCE), stabilità, costo e flessibilità di applicazione.

Le celle solari a base di silicio, in particolare i moduli in silicio cristallino (c-Si), rimangono la tecnologia dominante nel mercato PV globale. A partire dal 2025, i moduli commerciali in c-Si raggiungono regolarmente PCE nell’intervallo del 20–23%, con record da laboratorio superiori al 26% per le celle monocristalline. Queste celle sono caratterizzate da una grande durabilità, con durate operative superiori a 25 anni, e sono supportate da un’infrastruttura produttiva matura. L’International Energy Agency (IEA) continua a riportare che il PV in silicio rappresenta oltre il 90% delle installazioni solari annuali in tutto il mondo.

Al contrario, le DSSC presentano tipicamente PCE più basse. I recenti progressi nella chimica dei sensibilizzatori, nella formulazione degli elettroliti e nell’ingegneria degli elettrodi hanno consentito alle DSSC da laboratorio di raggiungere efficienze del 14–15% in condizioni di test standard, come riportato dalle principali istituzioni di ricerca e progetti collaborativi. Tuttavia, i moduli commerciali DSSC generalmente operano a un’efficienza del 7–11%, a seconda del design e dell’applicazione specifici. È importante notare che le DSSC mantengono prestazioni relativamente stabili sotto luce diffusa e ad angoli non ottimali, rendendole attraenti per ambienti interni e a bassa luminosità in cui le celle di silicio funzionano male.

La stabilità e la longevità rimangono sfide per le DSSC, in particolare a causa dell’uso di elettroliti liquidi, che possono essere soggetti a perdite e degrado. La ricerca in corso nel 2025 si concentra su elettroliti a stato solido e quasi solido per migliorare le durate operative, con alcuni prototipi che dimostrano prestazioni stabili per diversi anni di test accelerati. L’Helmholtz Association, una importante organizzazione di ricerca tedesca, è tra quelle che stanno conducendo sforzi per migliorare la durabilità e la scalabilità delle DSSC.

Il costo è un altro fattore di differenziazione. Le DSSC possono essere prodotte utilizzando processi a bassa temperatura e materiali economici, riducendo potenzialmente i tempi di ammortamento energetico e consentendo moduli flessibili, leggeri e persino semi-trasparenti. Questa versatilità apre nuovi mercati nei fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV), nell’elettronica portatile e nei dispositivi IoT—settori in cui la rigidità e l’opacità del silicio sono fattori limitanti.

Guardando avanti, le prospettive per le DSSC nel 2025 e oltre sono di un’espansione di nicchia piuttosto che una competizione diretta con il silicio PV nella produzione di energia su larga scala. La collaborazione continua tra istituzioni accademiche, industria e organizzazioni come l’International Energy Agency è prevista per affinare ulteriormente la tecnologia delle DSSC, mirando a applicazioni specializzate in cui le loro proprietà uniche offrono chiari vantaggi.

Recenti Scoperte e Miglioramenti dell’Efficienza

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) hanno registrato notevoli progressi in efficienza e stabilità a partire dal 2025, grazie alle innovazioni nella scienza dei materiali e nell’ingegneria dei dispositivi. Tradizionalmente, le DSSC sono state valutate per la loro fabbricazione a basso costo, flessibilità e capacità di funzionare sotto luce diffusa, ma la loro adozione commerciale è stata limitata da efficienze di conversione della potenza inferiori rispetto ai fotovoltaici in silicio. Tuttavia, recenti scoperte stanno riducendo questo divario e ampliando il potenziale di applicazione delle DSSC.

Un traguardo significativo è stato raggiunto con lo sviluppo di nuovi coloranti organici e complessi metallici che ampliano lo spettro di assorbimento e migliorano le capacità di raccolta della luce. Nel 2024, i gruppi di ricerca hanno segnalato dispositivi DSSC che superavano il 15% di efficienza di conversione della potenza in condizioni di illuminazione standard, un record per la tecnologia. Questo progresso è attribuito all’integrazione di strategie di co-sensibilizzazione—utilizzando più coloranti per catturare un’ampia gamma di luce solare—e all’ingegnerizzazione di nuovi elettroliti redox che riducono le perdite di ricombinazione e migliorano il trasporto di cariche.

Un’altra area di rapida progressione è la sostituzione degli elettroliti liquidi tradizionali con alternative a stato solido o quasi solido. Queste innovazioni affrontano il problema di lunga data delle perdite e della volatilità degli elettroliti, migliorando significativamente la stabilità operativa e la durata delle DSSC. Ad esempio, l’uso di elettroliti a base di liquidi ionici e matrici di gel polimerico ha consentito ai dispositivi di mantenere oltre il 90% della loro efficienza iniziale dopo 1.000 ore di funzionamento continuo a temperature elevate, come riportato da diversi laboratori accademici e industriali.

La scalabilità e la versatilità delle DSSC sono state ulteriormente migliorate attraverso i progressi nelle tecniche di produzione. I metodi di stampa roll-to-roll e deposizione a getto d’inchiostro vengono ora impiegati per produrre moduli DSSC di grande area con prestazioni coerenti, aprendo la strada all’integrazione nei fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV) e nell’elettronica portatile. È importante notare che aziende come Oxford PV e istituzioni di ricerca come l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) sono in prima linea in questi sviluppi, con progetti pilota che dimostrano pannelli DSSC in contesti architettonici reali.

Guardando avanti, le prospettive per le DSSC nel 2025 e oltre sono ottimistiche. La ricerca in corso si concentra ulteriormente sull’aumento dell’efficienza—potenzialmente avvicinandosi al 20%—e sul miglioramento della durabilità per soddisfare le esigenze del dispiegamento commerciale. Le uniche proprietà delle DSSC, come la loro capacità di funzionare in modo efficiente in ambienti a bassa luminosità e interni, le posizionano come una soluzione promettente per alimentare dispositivi Internet of Things (IoT) e finestre intelligenti di nuova generazione. Man mano che i costi dei materiali continuano a diminuire e i processi di produzione maturano, le DSSC si prevede giocheranno un ruolo sempre più importante nel paesaggio diversificato delle tecnologie solari.

Principali Attori dell’Industria e Istituzioni di Ricerca (ad es. ieee.org, nrel.gov)

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) continuano ad attrarre una notevole attenzione sia dall’industria che dall’accademia grazie al loro potenziale per applicazioni fotovoltaiche a basso costo, flessibili e semi-trasparenti. A partire dal 2025, diversi attori principali dell’industria e istituzioni di ricerca sono all’avanguardia nell’avanzamento della tecnologia delle DSSC, concentrandosi sul miglioramento dell’efficienza, della stabilità e della scalabilità.

Tra le principali organizzazioni di ricerca, il National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti rimane un contributore chiave. Il lavoro in corso del NREL include lo sviluppo di nuovi materiali per coloranti e formulazioni elettrolitiche per migliorare la stabilità e l’efficienza a lungo termine delle DSSC. La loro ricerca si estende anche all’integrazione delle DSSC nei fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV), mirando a sfruttare le proprietà estetiche e funzionali uniche della tecnologia.

In Europa, l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in Svizzera, sotto la direzione del Professor Michael Grätzel, continua a essere un pioniere globale. Il gruppo di Grätzel, accreditato con l’invenzione delle DSSC, si concentra ora sulla scalabilità dei metodi di produzione e sull’esplorazione di nuove classi di coloranti organici e a base di perovskite. L’EPFL collabora con diversi partner industriali per colmare il divario tra scoperte a livello di laboratorio e prodotti commerciali.

Dal lato industriale, G24 Power nel Regno Unito è un noto produttore specializzato in moduli DSSC per applicazioni interne e a bassa luminosità. L’azienda ha recentemente annunciato partnership con produttori di elettronica per integrare le DSSC in sensori wireless e dispositivi IoT, capitalizzando sulla capacità della tecnologia di raccogliere in modo efficiente la luce ambientale.

In Asia, Toray Industries in Giappone è attivamente coinvolta nello sviluppo e nella commercializzazione di materiali per DSSC, concentrandosi in particolare su substrati conduttivi avanzati e tecnologie di incapsulazione per migliorare la durabilità dei dispositivi. Toray collabora con istituzioni accademiche e altri attori del settore per accelerare l’adozione delle DSSC nella elettronica di consumo e nelle soluzioni per edifici intelligenti.

Guardando avanti, ci si aspetta che nei prossimi anni ci sia un aumento della collaborazione tra questi attori principali e istituzioni di ricerca, con un focus nel superare le sfide rimanenti come la stabilità operativa a lungo termine e la produzione su larga scala. Il coinvolgimento di organismi internazionali di standardizzazione, come l’IEEE, è previsto per svolgere un ruolo cruciale nell’istituzione di parametri di prestazione e nel facilitare una più ampia adozione della tecnologia delle DSSC nel mercato fotovoltaico globale.

Trend di Mercato e Interesse Pubblico: Previsioni di Crescita 2024–2030

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) stanno ricevendo un rinnovato interesse nel mercato fotovoltaico globale mentre cresce la domanda di soluzioni solari flessibili, leggere e semi-trasparenti. A partire dal 2025, le DSSC rimangono una tecnologia di nicchia rispetto ai fotovoltaici a base di silicio, ma diversi trend di mercato e indicatori di interesse pubblico suggeriscono un periodo di crescita accelerata e diversificazione fino al 2030.

Un motore chiave è l’unicità di adattabilità delle DSSC per l’integrazione nei fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV), nell’elettronica indossabile e nella raccolta di energia indoor. A differenza delle celle in silicio tradizionali, le DSSC possono funzionare in modo efficiente alla luce diffusa e in una varietà di colori e trasparenze, rendendole attraenti per applicazioni architettoniche e di consumo. Questa versatilità si riflette nelle recenti collaborazioni tra istituzioni di ricerca e industria, come il lavoro in corso dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), un centro leader per l’innovazione delle DSSC, e partner commerciali che mirano a scalare la produzione e la distribuzione.

Nel 2025, diverse aziende stanno avanzando progetti pilota e linee di produzione su scala ridotta per moduli DSSC. Ad esempio, G24 Power nel Regno Unito continua a commercializzare prodotti basati su DSSC per dispositivi IoT interni, mentre 3GSolar in Israele si concentra sull’alimentazione di sensori wireless e tag intelligenti. Questi sforzi sono supportati da un ecosistema in crescita di fornitori di materiali e integratori di dispositivi, in particolare in Europa e Asia, dove gli incentivi normativi per le tecnologie green sono forti.

L’interesse pubblico per soluzioni solari sostenibili e esteticamente gradevoli sta anche alimentando la domanda. La capacità delle DSSC di essere personalizzate in colore e trasparenza si allinea con le tendenze dell’architettura verde e dell’elettronica di consumo. Secondo i dati dell’International Energy Agency (IEA), la quota globale di BIPV e fotovoltaici speciali è destinata a crescere costantemente fino al 2030, con le DSSC che contribuiscono a una piccola ma crescente porzione di questo segmento.

Guardando avanti, le prospettive per le DSSC sono cautamente ottimistiche. Sebbene siano necessari miglioramenti dell’efficienza e riduzioni dei costi per l’adozione su larga scala, le ricerche in corso—come lo sviluppo di nuovi coloranti stabili e di elettroliti a stato solido—suggeriscono che le DSSC potrebbero ottenere una maggiore penetrazione nel mercato nei prossimi cinque anni. Le proprietà uniche della tecnologia le posizionano per completare, piuttosto che competere direttamente con, i fotovoltaici convenzionali, specialmente in applicazioni in cui la flessibilità, l’estetica e le prestazioni in condizioni di bassa luminosità sono prioritarie.

• La crescita nei mercati BIPV e IoT è prevista per guidare l’adozione delle DSSC.
• Le collaborazioni tra istituzioni di ricerca e industria stanno accelerando la commercializzazione.
• L’interesse pubblico per soluzioni solari sostenibili e dal design amichevole supporta l’espansione del mercato.
• Miglioramenti di efficienza e stabilità sono chiave per sbloccare una crescita ulteriore entro il 2030.

Sfide: Stabilità, Scalabilità e Commercializzazione

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) sono state a lungo riconosciute per il loro potenziale di fornire soluzioni fotovoltaiche a basso costo, flessibili e semi-trasparenti. Tuttavia, a partire dal 2025, diverse sfide critiche continuano a ostacolare la loro adozione su larga scala, in particolare nelle aree della stabilità, scalabilità e commercializzazione.

Stabilità rimane una preoccupazione primaria per le DSSC. L’uso tradizionale di elettroliti liquidi, spesso basati su solventi organici volatili, porta a problemi come perdite, evaporazione e degrado sotto esposizione prolungata a luce e calore. Questi fattori limitano significativamente la longevità operativa delle DSSC rispetto ai fotovoltaici a base di silicio consolidati. Le ricerche recenti si sono concentrate sullo sviluppo di elettroliti a stato solido e quasi solido, così come supercoloranti organici e inorganici più robusti, per migliorare la durabilità del dispositivo. Ad esempio, l’Helmholtz Association e altre organizzazioni di ricerca di punta stanno investigando nuovi materiali e tecniche di incapsulamento per affrontare questi problemi di stabilità.

Scalabilità è un altro ostacolo maggiore. Sebbene le DSSC possano essere fabbricate utilizzando processi a bassa temperatura e stampate su substrati flessibili, scalare da prototipi di laboratorio a moduli di grande area introduce nuove complessità. Un caricamento uniforme del colorante, una deposizione coerente dell’elettrodo e un sigillamento affidabile sono tutti più impegnativi su scala. Inoltre, l’uso di materiali rari o costosi, come i coloranti a base di rutenio e gli elettrodi a controparte in platino, può aumentare i costi e limitare la fattibilità della produzione di massa. Gli sforzi per sostituire questi componenti con alternative abbondanti sulla terra sono in corso, con organizzazioni come l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)—casa di ricerca pionieristica sulle DSSC—che conducono la strada nello sviluppo di tecniche di produzione scalabili e materiali alternativi.

Commercializzazione delle DSSC ha visto progressi incrementali, in particolare in mercati di nicchia come i fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV) e la raccolta di energia interna, dove le loro proprietà uniche (ad es., trasparenza, capacità di cambiare colore, prestazioni alla luce diffusa) offrono vantaggi distinti. Tuttavia, la quota di mercato generale delle DSSC rimane piccola rispetto a quella del silicio e delle tecnologie emergenti della perovskite. Aziende come G24 Power e Exeger sono tra le poche a commercializzare attivamente prodotti basati su DSSC, concentrandosi su applicazioni come dispositivi IoT e elettronica portatile. I prossimi anni dovrebbero vedere ulteriori progressi nella stabilità del dispositivo e nella produzione, ma saranno necessarie scoperte significative affinché le DSSC possano competere nei mercati solari tradizionali.

Guardando avanti, le prospettive per le DSSC nel 2025 e oltre dipenderanno dall’innovazione continua nella scienza dei materiali, nell’ingegneria dei dispositivi e nei metodi di produzione scalabili. Gli sforzi collaborativi tra istituzioni accademiche, organizzazioni di ricerca e industria saranno essenziali per superare le sfide persistenti di stabilità, scalabilità e commercializzazione, e per sbloccare il pieno potenziale della tecnologia solare sensibilizzata con dye.

Prospettive Future: Innovazioni, Applicazioni e Impatto sulla Sostenibilità

Le cellule solari sensibilizzate (DSSCs) si apprestano a significativi avanzamenti nel 2025 e negli anni successivi, spinti da ricerche ongoing nella scienza dei materiali, ingegneria dei dispositivi e sostenibilità. Le DSSC, introdotte per la prima volta all’inizio degli anni ’90, sono state a lungo riconosciute per il loro potenziale di fornire soluzioni fotovoltaiche a basso costo, flessibili e semi-trasparenti. Negli ultimi anni, si è registrato un aumento dell’innovazione, con un focus sul miglioramento dell’efficienza, della stabilità e della scalabilità per soddisfare le esigenze dei mercati energetici emergenti e degli obiettivi di sostenibilità.

Un’area chiave di innovazione è lo sviluppo di nuovi coloranti sensibilizzanti e elettroliti redox. I ricercatori stanno sempre più rivolgendo l’attenzione a coloranti organici privi di metallo e materiali abbondanti sulla terra per ridurre costi e impatto ambientale. Nel 2025, diversi laboratori accademici e industriali sono previsti per riferire di dispositivi DSSC con efficienze di conversione della potenza (PCE) superiori al 15% in condizioni di illuminazione standard, riducendo il divario con i fotovoltaici tradizionali a base di silicio. È importante notare che l’Helmholtz Association e l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) sono in prima linea in questi sviluppi, con progetti in corso mirati sia all’efficienza che alla stabilità operativa a lungo termine.

Gli sforzi di commercializzazione stanno anche accelerando. Aziende come G24 Power e Dyesol (ora Greatcell Solar) stanno scalando la produzione di moduli DSSC per applicazioni di nicchia, tra cui la raccolta di energia interne per dispositivi Internet of Things (IoT), fotovoltaici integrati nelle costruzioni (BIPV) e elettronica portatile. L’unica capacità delle DSSC di generare elettricità alla luce diffusa e in una vasta gamma di colori e trasparenze le rende particolarmente attraenti per l’integrazione in finestre, facciate e prodotti di consumo.

La sostenibilità rimane un tema centrale nella ricerca delle DSSC. L’uso di materiali non tossici e riciclabili e di processi di produzione a basso consumo energetico si allinea con la spinta generale verso tecnologie energetiche più ecologiche. Le valutazioni del ciclo di vita condotte da organizzazioni come l’International Energy Agency (IEA) suggeriscono che le DSSC potrebbero offrire un’impronta ambientale inferiore rispetto alle celle solari convenzionali a base di silicio, in particolare man mano che vengono adottati nuovi materiali e strategie di riciclaggio.

Guardando avanti, nei prossimi anni è probabile che le DSSC passino da prototipi di laboratorio a un dispiegamento commerciale diffuso in mercati specializzati. La continuazione della collaborazione tra istituzioni di ricerca, industria e organismi internazionali sarà cruciale per superare le sfide rimanenti relative alla durabilità, alla produzione su larga scala e alla riduzione dei costi. Poiché la domanda globale di tecnologie solari sostenibili e versatili cresce, le DSSC sono ben posizionate per svolgere un ruolo significativo nel paesaggio dell’energia rinnovabile in evoluzione.

Fonti & Riferimenti

• École Polytechnique Fédérale de Lausanne
• Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems
• National Renewable Energy Laboratory (NREL)
• Oxford PV
• GCell
• Exeger
• International Energy Agency (IEA)
• Helmholtz Association
• IEEE