MONITORAGGIO BREVETTUALE Settore Fotovoltaico

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1 MONITORAGGIO BREVETTUALE Settore Fotovoltaico TECNOLOGIE DI PUNTA A cura di Susanna Paoni OTTOBRE 2012

2 La presente pubblicazione è stata realizzata da UMBRIA INNOVAZIONE nell ambito delle attività di cui al Programma di animazione per lo sviluppo di progetti aziendali di innovazione nelle PMI umbre POR FESR Asse I Attività c1, affidatele con Convenzione Rep. N del 21/12/2011. UMBRIA INNOVAZIONE è un'agenzia regionale che opera con l obiettivo di accrescere e promuovere la cultura dell innovazione all interno della Regione Umbria sostenendo la capacità competitiva delle piccole e medie imprese. Tra le principali attività: - Il supporto al governo regionale dell Umbria e alle strutture tecniche ad esso collegate in materia di innovazione. - La promozione e l integrazione fra il sistema della ricerca e il sistema produttivo. - La partecipazione diretta ai programmi di cooperazione scientifica. - La valorizzazione della cultura dell innovazione. UMBRIA INNOVAZIONE coordina il Programma i-start, Innovazione Supporto Tecnico di Animazione Ricerca e Tecnologie. Il Programma i-start si pone l obiettivo di guidare, animare e supportare le PMI nell intero processo dell innovazione, dalle modalità di sviluppo di idee innovative fino alla valutazione, implementazione, tutela e proposta sul mercato di prodotti e servizi innovativi.

3 PREMESSA Prima ancora di intraprendere un attività inventiva, i ricercatori sono soliti documentarsi su possibili soluzioni tecniche già sviluppate: il monitoraggio brevettuale, quale ricerca sullo stato della tecnica, consente loro di acquisire una base di informazioni iniziali senza duplicare sforzi di ricerca già compiuti da altri e di evitare che i frutti del loro ingegno siano limitati in originalità, da tecniche preesistenti o che addirittura risultino già brevettati da altri. I brevetti sono una fonte di informazione tecnica di prim ordine completamente accessibile al pubblico e di grande valore per tutte le fasi dell attività aziendale, dalla ricerca allo sviluppo, dalla produzione alla commercializzazione. Essi sono l espressione del potenziale innovativo di un dato settore o di una particolare azienda. I brevetti forniscono una descrizione dettagliata dell invenzione, del suo funzionamento, illustrano gli effetti della tecnologia e indicano la soluzione al problema tecnico di partenza. In essi è illustrato lo stato dell arte tecnologico con espresso riferimento alle soluzioni preesistenti adottate dalla concorrenza. I brevetti ci consentono quindi di valutare lo stato della tecnica e di individuare i problemi connessi alle tecnologie note; ci forniscono indicazioni sui settori di applicazione, esempi di applicazioni industriali e campi di intervento e ci illustrano le possibili alternative tecnologiche.

4 IL MONITORAGGIO BREVETTUALE Il monitoraggio brevettuale ha diverse funzioni. Ci fornisce informazioni aggiornate sui brevetti più recenti. Ci permette di accertare lo stato della tecnica, l evoluzione tecnologica e il trend di mercato di un dato settore e quindi di orientare al meglio ricerche, studi e strategie aziendali. Ci consente di conoscere e monitorare il potenziale innovativo e le strategie della concorrenza Facilita la nascita di relazioni e/o collaborazioni industriali nazionali ed internazionali, attraverso accordi di trasferimento tecnologico, partnership, licenze Il monitoraggio brevettuale è un ottima fonte di informazioni aggiornate: i brevetti rappresentano un vasto e prezioso bacino di documentazione tecnica il cui numero cresce molto rapidamente. Ad oggi abbiamo più di 50 milioni di brevetti internazionali, ai quali, ogni anno, se ne aggiungono più di Se si considera che ciascun brevetto viene reso pubblico ed accessibile dopo 18 mesi dal deposito, ne risulta che l informazione brevettuale, oltre ad essere abbondante e dettagliata, è anche aggiornata. Il monitoraggio brevettuale è particolarmente utile per il reperimento di informazioni su soluzioni tecniche: infatti, come previsto dalla legge, il brevetto deve contenere la descrizione del problema, le soluzioni ed i vantaggi tecnici ed economici. Il brevetto fornisce quindi una descrizione dettagliata del settore tecnologico interessato, delle sue carenze, delle problematiche riscontrate e delle migliorie conseguibili con la soluzione depositata. Inoltre, una sua sezione è specificatamente dedicata all illustrazione dello stato dell arte tecnologico più recente. Valutando soluzioni diverse a problemi analoghi si possono quindi ricostruire i trend tecnologici in atto nel singolo settore e dedurre indicazioni su quelli futuri. 1

5 Infine, visto che i brevetti vengono pubblicati e resi accessibili al pubblico soltanto dopo 18 mesi dalla data del deposito, può accadere che a tale data il prodotto non sia ancora completamente sviluppato o che non sia stato ancora lanciato sul mercato. Pertanto, analizzando la documentazione brevettuale è possibile conoscere le tendenze dei prodotti con un significativo anticipo. La lettura di un monitoraggio brevettuale consente agli addetti ai lavori di risparmiare tempo e costi evitando di cercare informazioni già disponibili di evitare ricerche di paragone con i propri prodotti di valutare la possibilità di sfruttare soluzioni già esistenti o di utilizzarle come punto di partenza per eventuali modifiche od evoluzioni Lo sfruttamento delle informazioni sullo stato della tecnica, ricavabili dal monitoraggio brevettuale, consente da un lato, di ridurre tempi e costi di sviluppo e produzione, dall altro, di ridurre il rischio di investire in tecnologie già esistenti e quindi non più tutelabili. Il monitoraggio brevettuale fornisce chiare indicazioni sull attività brevettuale e sulle competenze di concorrenti, partner o futuri clienti e ci offre l opportunità di individuare i soggetti con le maggiori competenze tecnologiche a livello internazionale in un dato settore e di avviare con loro rapporti di collaborazione in attività di R&S, accordi di trasferimento tecnologico ed industriali. Ci fornisce anche gli strumenti per individuare eventuali licenzianti, o aziende interessate all acquisto dei nostro brevetto o al loro sfruttamento (licenziatari) o addirittura partner con cui siglare accordi di cross licensing. 2

6 LA METODOLOGIA Il presente report è stato realizzato con l obiettivo di fornire agli addetti ai lavori una rassegna dei più significativi brevetti internazionali registrati negli ultimi 3 anni nel settore delle TECNOLOGIE PER L ENERGIA FOTOVOLTAICA. La ricerca dei brevetti è stata effettuata nei principali database brevettuali internazionali secondo il criterio delle parole-chiave. La metodologia adottata per la selezione dei brevetti e per la composizione della rassegna, si è basata essenzialmente sui seguenti elementi: prossimità temporale: sono stati presi in esame soltanto i brevetti pubblicati successivamente al 1 gennaio 2010; qualità del brevetto: sono stati inclusi nella rassegna soltanto i brevetti più rilevanti dal punto di vista tecnico-scientifico; applicabilità del brevetto: sono stati selezionati soltanto i brevetti che, a nostro giudizio, hanno maggiori potenzialità di applicazione nel mercato di riferimento. Nell ultima sezione del presente report abbiamo inserito una tabella di sintesi che riporta i dati salienti relativi ai brevetti inseriti, in base al loro ordine di inserimento. Per ciascuno dei brevetti inseriti nel report è disponibile copia originale. La rassegna che segue, seppur significativa, non può essere considerata esaustiva. 3

7 IL SETTORE Un fattore che concorre in modo determinante allo sviluppo di un settore è dato dal grado di competitività delle imprese che vi operano. La competitività non risiede soltanto nella capacità di praticare prezzi concorrenziali ma, in particolare, nella capacità di aggiornare costantemente il proprio livello tecnologico e di riconoscere e possibilmente anticipare i mutamenti delle esigenze del mercato e conseguentemente, di introdurre con tempestività le innovazioni necessarie o, semplicemente desiderate. Dalle indagini condotte è emerso che il settore delle tecnologie per l energia fotovoltaica, è caratterizzato, a livello mondiale, da un andamento fortemente dinamico, determinato dalla veloce espansione del solare fotovoltaico, inesauribile, accessibile, facile da sfruttare e da una diffusa politica di incentivi governativi a favore dell istallazione di pannelli fotovoltaici. Il silicio, nelle sue varie forme, mono, policristallino o amorfo, è il materiale maggiormente utilizzato nella produzione di pannelli fotovoltaici: più del 90% dei pannelli prodotti utilizzano silicio. Il silicio utilizzato a questo scopo è generalmente quello di scarto della più sofisticata tecnologia dei transistor, ciononostante il suo costo di produzione rimane abbastanza elevato ed in prospettiva, la sua scarsa disponibilità originata proprio dalla crescita del fotovoltaico, può condizionarne lo sviluppo. Per tale motivo, numerose aziende stanno cercando dei materiali alternativi. Oltre alla possibilità di sostituire il silicio con materiali a basso costo, anche di tipo sintetico come ad esempio i nuovi materiali plastici, i più attivi team di ricerca internazionali stanno cercando soluzioni che contemporaneamente, consentano di aumentare il rendimento di conversione e di ridurre il costo dell energia prodotta. L attuale rendimento di un sistema di conversione fotovoltaica che sfrutta celle al silicio è poco soddisfacente: varia tra il 10 e il 15% circa. Si ritiene però che l utilizzo di nuovi materiali semiconduttori (Gallio, Tellurio, Indio) e nuove tecnologie consentiranno ben presto di raddoppiare l efficienza. Inoltre, l investimento per un impianto fotovoltaico è ancora elevato e l energia elettrica prodotta con questa tecnologia ha un costo superiore fino a 5 volte rispetto all energia prodotta con i sistemi tradizionali. 4

8 IL PANORAMA MONDIALE Il 2011 è stato un anno estremamente importante per il fotovoltaico italiano, caratterizzato da una forte crescita delle installazioni e dall approvazione di alcuni provvedimenti legislativi in materia (v. Decreto Salva Alcoa ). Nel corso del 2011, in Italia, sono stati installati nuovi impianti per MW (quasi tre volte la potenza esistente al ), per un totale complessivo di impianti fotovoltaici ed una potenza complessiva di MW, che hanno fatto guadagnare al nostro Paese il secondo posto nella classifica mondiale per potenza fotovoltaica installata (28%) e il primo posto, davanti alla Germania (25%), per nuova capacità installata nell anno. Il 2011 è stato un anno eccezionale anche per il fotovoltaico mondiale: la potenza complessiva installata nel mondo ha raggiunto i 24 GW, con una crescita del 26% rispetto al Mercato mondiale del fotovoltaico 2011 Installazioni totali in % India 3% UK 3% Canada 3% Resto del mondo 16% Italia 36% AustraliaFrance 3% 5% Giappone 7% Cina 11% USA 13% Fonte: ns. elaborazione dati IMS Research 5

9 A livello europeo si è registrato un rallentamento, dovuto principalmente agli impianti acquistati e non ancora installati, in particolare in Germania e nella Repubblica Ceca. Secondo l analisi di IMS Reaserch, la quota europea sulla domanda mondiale sta diminuendo (dall 82% del 2010 al 68% del 2011), mentre i mercati americani e asiatici, Usa e Cina in primis, sono in crescita, da essi proviene infatti l 85% della crescita globale delle installazioni 2011, tendenza che, secondo gli esperti, dovrebbe continuare nel 2012, quando la quota di nuovi impianti scenderà al 50%. Nel 2012 il mercato del fotovoltaico non crollerà anzi, le prospettive fanno ipotizzare un mercato globale di più di 30 GW a per l anno in corso. In Germania si prevede che il mercato avrà volumi pressoché simili a quelli del 2010 e 2011, con circa 6,9 GW, grazie soprattutto a una spinta nella seconda parte dell anno e un accelerazione del mercato per l edilizia residenziale e commerciale che in alcuni casi, complice il crollo dei prezzi, potrà avvicinarsi alla grid parity (prezzo del kwh prodotto dal sistema FV uguale o inferiore a quello acquistato dalla rete). Se il mercato italiano, che nel 2011 è stato uno di quelli di punta, si ridurrà nel 2012 come previsto (circa 2,5 GW di potenza installata), a riportare il settore fotovoltaico in una posizione più in linea di galleggiamento con l attuale overcapacity, ci sarà la domanda della Cina (oltre 4 GW) e degli Stati Uniti (circa 3,5 GW), a cui si aggiungerà quella di Giappone (quasi 2 GW) e India (più di un GW), insieme ad altri più piccoli mercati emergenti. I prezzi dei moduli al silicio si sono abbassati del 45% tra il primo trimestre 2011 e il primo del Il prezzo del modulo sta velocemente arrivando a 0,60 /W (0,80 $/W), stima prevista per l ultimo trimestre Per le celle il calo è addirittura valutato nel 58%. Ancora più ampi i decrementi per i wafer (-63%) e per il policristallino (-65%). La competizione è una sfida molto importante ed è necessario che l Italia la colga aumentando il proprio know-how ed investendo nella ricerca. Il fotovoltaico tradizionale, infatti, ha diversi limiti: tra questi, il fatto di sfruttare solo una parte delle emissioni solari e solo in condizioni ottimali di esposizione. E gli studiosi si stanno muovendo proprio in 6

10 questa direzione nel tentativo di realizzare un fotovoltaico di terza generazione, più efficiente e capace di sfruttare tutta l'energia disponibile. 7

11 LA DIFFUSIONE DELLE TECNOLOGIE Dal punto di vista tecnologico, nel corso del 2010 le celle di seconda generazione (film) hanno avuto una diffusione minore di quella prevista, con il silicio cristallino che conta ancora per circa l 82% dell installato complessivo a livello mondiale. Tuttavia numerose sono le imprese che si stanno impegnando nell uso del film sottile (thin film) che, utilizzando strati molto sottili di silicio ne richiede un minor impiego, incontrando le esigenze attuali di contenimento dei costi. La tecnologia del film sottile mostra però, rispetto al fotovoltaico di prima generazione, una minore efficienza, aspetto sul quale si sta orientando la ricerca. Tra le tecnologie di seconda generazione, il Tellururo di Cadmio ha accresciuto il suo peso percentuale rispetto all installato totale (9%) e rispetto alle altre tecnologie di seconda generazione (45%), facendo registrare a fine 2010 un installato cumulato a livello internazionale superiore ai MW. Anche il Silicio Amorfo (a-si) ha visto aumentare il proprio peso a livello internazionale passando dal 5 all 8% della potenza complessiva installata; ciò è dovuto alla diffusione, nel corso del 2010, delle celle ad eterogiunzione, che utilizzano normalmente più strati di silicio monocristallino e amorfo. La crescita della tecnologia al Tellururo di Cadmio e al silicio amorfo è andata a discapito delle tecnologie CIS/CIGS (Diseleniuro di Indio e Rame e Diseleniuro di Indio, Gallio e Rame). Le stime sulle prospettive di crescita delle tecnologie di seconda generazione identificano in circa il 22-24% il peso delle celle a film sottile sulla nuova potenza installata entro fine 2012 a livello internazionale. La tecnologia del fotovoltaico a concentrazione (o CPV Concentrating Photo-Voltaic) suscita particolare interesse tra gli operatori del settore che ritengono che i costi possano essere ridotti da 4-4,5 /W a 2-2,5 /W, con il raggiungimento di un maggiore livello di maturità della tecnologia nel breve-medio termine. Il fotovoltaico a concentrazione è una grande promessa per il futuro del settore. 8

12 La chiave di volta sta in una lente che concentra la radiazione solare su una piccola cella al silicio che in queste condizioni può arrivare a livelli d efficienza molto elevati (a differenza delle normali celle solari al silicio, che trasformano in energia la radiazione solare su di essa incidente). Il pannello fotovoltaico a concentrazione deve essere montato su un inseguitore ad alta precisione, in quanto il mancato allineamento rispetto al Sole, anche di pochi gradi, fa calare l efficienza. Un incognita riguarda poi la durata dei dispositivi, che potrebbero degradarsi rapidamente considerate le alte temperature e la grande quantità di luce in gioco. A differenza del fotovoltaico tradizionale, l Italia è in ritardo su questo fronte: esistono soltanto due impianti pilota di questa tipologia, mentre maggiore diffusione si trova in Spagna e negli Stati Uniti. 9

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14 GLI ORIENTAMENTI DELLA RICERCA: IL FOTOVOLTAICO DI TERZA GENERAZIONE Crescente è l attenzione per il fotovoltaico di terza generazione che comprende celle solari potenzialmente capaci di superare i limiti delle celle tradizionali e di migliorare il rapporto efficienza/costo sia di quelle di "prima generazione" (basate sul silicio cristallino e utilizzate nei comuni pannelli monocristallini e policristallini), sia quelle di "seconda generazione" (basate sulla riduzione dei costi delle celle di prima generazione mediante l'impiego di tecnologie di "film sottile", usate negli attuali pannelli a silicio amorfo o, più in generale, nei moduli fotovoltaici a film sottile). Il fotovoltaico di terza generazione comprende le celle polimeriche, le celle organiche, le celle ibride, le celle multigiunzione (accopiate ai concentratori ottici ed usate nel fotovoltaico a concentrazione) e a tandem, le celle a nanocristalli, le celle basate sui quantum dots, etc. Vediamo alcune tipologie di celle fotovoltaiche di terza generazione. Le celle fotovoltaiche polimeriche sono un tipo di celle solari flessibili. Possono essere realizzate in vari modi, che includono le ben note celle organiche (o celle solari plastiche) basate sulla chimica "organica", cioè del carbonio e celle realizzate attraverso film sottili di semiconduttori depositati su differenti tipi di polimeri: in particolare, le cosiddette celle ibride abbinano i semiconduttori organici con quelli inorganici. Rispetto alle classiche celle al silicio, le celle polimeriche sono leggere, flessibili, utilizzano materiali abbondanti e non sono costose da produrre. Presentano, però due importanti svantaggi: 1. hanno un efficienza da 1/3 a 1/2 inferiore rispetto a quella delle celle tradizionali realizzate con materiali rigidi; 2. sono relativamente instabili per quanto riguarda la degradazione fotochimica. 11

15 Le celle fotovoltaiche organiche comprendono tutti quei dispositivi la cui parte fotoattiva è basata sui composti organici del carbonio. La struttura base è detta "a sandwich" ed è composta da un substrato, generalmente vetro ma anche plastica flessibile, e da una o più sottilissime pellicole che contengono i materiali fotoattivi, frapposte tra due elettrodi conduttivi. Le celle organiche più efficienti utilizzano una miscela di materiali in cui un pigmento assorbe la radiazione solare e gli altri componenti estraggono la carica per produrre elettricità. La gamma di pigmenti che possono essere impiegati include quelli a base vegetale, come le antocianine derivate dai frutti di bosco, i polimeri e le molecole sintetizzate in modo da massimizzare l'assorbimento dello spettro solare. I vantaggi e la differenziazione dei moduli fotovoltaici organici rispetto ad altre tecnologie sono numerosi. Tali vantaggi derivano dal substrato organico (plastica) e dal processo di fabbricazione a stampa e sono sintetizzabili in: - maggiore flessibilità - minor peso per mq. Le celle solari organiche comprendono le celle organiche pure (la cui parte attiva è totalmente organica o polimerica), le celle dye sensitized (la cui parte fotoelettricamente attiva è costituita da un pigmento, da ossido di titanio e da un elettrolita), le celle ibride (che utilizzano sia semiconduttori organici ovvero basati sul carbonio, sia normali semiconduttori inorganici) e ibride biologico. Come detto sopra, le celle fotovoltaiche organiche sono flessibili, hanno dei costi di produzione contenuti, un elevato coefficiente di assorbimento della luce ma presentano una bassa efficienza (circa il 3-6%) ed una bassa stabilità (per quanto concerne ossidazione, riduzione, ricristallizzazione e variazioni di temperatura, che possono degradare il dispositivo nel tempo), e sono meno robuste di quelle inorganiche. 12

16 Le celle ibride, in cui dei nanomateriali semiconduttori fotoattivi inorganici vengono introdotti in celle fotovoltaiche basate su un sottile film polimerico organico che fa da matrice, sono il principale tipo di celle solari organiche su cui si orienta oggi la ricerca: esse combinano i vantaggi degli innovativi semiconduttori organici con quelli dei classici semiconduttori inorganici. Le microcelle solari sferiche al silicio sono gocce altamente trasparenti (anche fino all 80%) di silicio solidificato di 1,8 millimetri di diametro, e presentano una elevata flessibilità di applicazione. Queste celle possono essere incluse in un vetro per creare, ad es., una finestra solare trasparente capace di assorbire la radiazione proveniente da qualsiasi direzione o angolo. Poiché entrambi i lati del substrato possono raccogliere la luce da qualunque angolazione, consentono di migliorare l efficienza di conversione. Le microcelle solari sferiche possono essere inserite anche in superfici flessibili, dando loro forme inusuali o permettendogli di venire curvate se necessario. Le celle solari organiche e semitrasparenti sono colorate e leggere e trovano numerosi impieghi: possono essere applicate sulla superficie di auto, tende e per la copertura continua di edifici sia come pareti che come vetrate. Hanno uno spessore di mezzo millimetro, operano anche con la debole luce interna ad un edificio e sono interamente riciclabili. Sono disponibili in vari formati e potenze per le diverse applicazioni dell edilizia (pensiline per auto, finestre, ecc), dell elettronica (caricabatterie per cellulari, computer, ecc.), dell abbigliamento (borse, zaini, ecc.). 13

17 E possibile scegliere sia il livello di trasparenza alla luce che l ampiezza dello spettro. Le celle solari a pigmenti sensibili ricaricabili (DSSC Dye Sensitized Solar Cells o celle di Graz, dal nome del suo inventore), sono celle fotovoltaiche elettrochimiche più efficienti delle classiche celle al silicio e significativamente più economiche, grazie all impiego di materiali a basso costo come il biossido di titanio. Queste celle sono completamente ricaricabili infatti processi chimici non tossici consentono di rimuovere e sostituire l eventuale pigmento sensibile usurato presente nelle celle installate con del pigmento nuovo, consentendo così il ripristino delle prestazioni originali ed hanno l indiscusso vantaggio di riuscire a produrre energia anche in condizioni di illuminazione non ottimali. Le celle fotovoltaiche multi-uso a pigmenti (DY) utilizzano l innovativa tecnologia della fotosintesi artificiale. Sono composte da un elettrolita, uno strato di titanio ed un pigmento che svolge una funzione analoga a quella della clorofilla: quando la luce colpisce il pigmento, libera elettroni che vengono assorbiti dal titanio, generando una corrente. Queste celle solari sono disponibili in vari colori, sono flessibili e robuste e, a seconda del loro impiego, utilizzano come substrato vetro, metallo, ceramica o plastica. Rispetto alle celle al silicio, sono meno sensibili all angolo di incidenza della radiazione, funzionano anche con la luce artificiale e sono poco sensibili a variazioni di temperatura e agli ombreggiamenti. La norvegese EnSol e con la collaborazione di un team di ricercatori dell Università di Leicester (UK), sta sviluppando delle celle fotovoltaiche a nanocristalli (o "quantum dots") spray, un nuovo tipo di film sottile di celle solari che potrà essere "spruzzato" sulle superfici di materiali utilizzati negli edifici, per trasformarle in pannelli fotovoltaici. 14

18 Questi moduli sono quasi totalmente trasparenti e chiari nel caso si tratti di vetri e, viceversa, fortemente assorbenti nel caso siano destinati alla copertura delle pareti esterne. In questa tecnologia di film sottile considerata quasi di quarta generazione, un sottilissimo strato di microcristalli viene depositato su un vetro che funge da substrato. Un vetro fotovoltaico risulta dunque, alla fine, composto da nanoparticelle metalliche inglobate in una matrice composita trasparente. La società spera di far raggiungere alle celle a nanocristalli impiegate un'efficienza di almeno il 20%, e di immettere il prodotto sul mercato entro il Un team di ricercatori dell UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science e dell UCLA California Institute Nanosistemi (CNSI), ha scoperto che le celle solari polimeriche a tandem, che utilizzano celle con differenti bande di assorbimento, sono in grado di raccogliere in un modo molto efficace una quantità maggiore di radiazioni solari. Per ottenere questo effetto è però necessario che i materiali delle celle a tandem siano compatibili tra di loro per una raccolta efficiente della luce. Il dispositivo tandem riduce al minimo le perdite di energia; ogni materiale di assorbimento utilizzato dal dispositivo cattura infatti una parte diversa dello spettro solare e così la cella tandem è in grado di mantenere la corrente e aumentare la tensione in uscita. Lo spettro solare è molto ampio e copre il visibile e l invisibile, l infrarosso e l UV; Il team di ricerca spera di raggiungere il 15% di efficienza nei prossimi anni. Il fotovoltaico vegetale. Una recente sperimentazione condotta dal biofisico Andreas Mershin, ricercatore del Massachusetts Institute of Technology (USA) ha consentito di produrre energia rinnovabile, da foglie morte ed erba tagliata. Mershin ha sostituito lo strato di silicio 15

19 delle celle fotovoltaiche tradizionali con un impasto di molecole adibite alla fotosintesi. Per ora il rendimento è dello 0,1%, mentre per essere di qualche utilità il dispositivo deve raggiungere almeno il 2%. Mershin sta comunque proseguendo i suoi studi alla ricerca di risultati migliori. Il fotovoltaico vegetale è anche oggetto del Progetto di ricerca AGROSOL, condotto da un team di ricercatori che vede coinvolti il Consiglio per la Ricerca e la sperimentazione in Agricoltura (CRA), il Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell Università di Roma Tor Vergata e l azienda agricola Pierini Alessandro & C. Società Agricola S.S., impegnati a valutare il potenziale della melanzana nella produzione di antociani come supporto allo sviluppo della tecnologia fotovoltaica organica di terza generazione. L utilizzo di pigmenti naturali per la conversione dell energia solare non è di certo una novità, ma in questo caso specifico ciò che colpisce è l elemento da cui essi vengono estratti, ovvero la buccia della melanzana. Con AGROSOL sono state utilizzate sostanze coloranti naturali, e non di sintesi, come spesso accade in questo ambito della ricerca. I vantaggi di questo nuovo approccio tecnologico risiedono nell abbassamento dei costi di produzione, nella sostenibilità legata all uso delle piante e nei problemi di smaltimento significativamente inferiori rispetto a quelli imputati al fotovoltaico classico. Gli svantaggi sono invece legati agli alti costi di produzione e al basso livello di efficienza di conversione(circa il 2% contro il 20% del fotovoltaico classico). Anche se la melanzana non è l unica specie in grado di produrre antociani tuttavia è in grado di coniugare un alta produzione di antociani legati alla superficie di produzione, dato che l antociano viene prodotto su tutta la buccia. L elevata resa produttiva del pigmento ( mg pigmento/100 g prodotto fresco), infatti, unitamente al ciclo di vita relativamente corto della pianta, alla produttività scalare e alle esigenze pedo-climatiche sono stati i fattori preponderanti la scelta. Le celle a giunzione multipla rappresentano una tecnologia fotovoltaica dagli altissimi rendimenti. 16

20 Le celle a giunzione multipla consentono dii sfruttare una più ampia fascia dell irradiazione solare. Questo risultato si ottiene sovrapponendo più giunzioni. La tecnologia a giunzione multipla permette di realizzare celle fotovoltaiche dalle dimensioni di pochi mm 2 con rendimenti altissimi (30-40%). L ultima frontiera della ricerca italiana - finanziata dall Unione Europea e pubblicata su Nature Photonics - dimostra che è possibile aumentare l efficienza dei sistemi fotovoltaici sfruttando nuove proprietà quantistiche del silicio nanostrutturato. Un risultato che apre allo sviluppo di celle fotovoltaiche di terza generazione a basso costo ed alto rendimento. Un team di ricercatori del Dipartimento di Scienze e Metodi dell Ingegneria, Dipartimento di Fisica, Centro Interdipartimentale En&Tech dell Università degli studi di Modena e Reggio Emilia e dell Istituto di Nanoscienze del CNR, hanno dimostrato come sia possibile aumentare l efficienza dei dispositivi fotovoltaici sfruttando la natura quantistica dell interazione tra nanocristalli di silicio. Il silicio è uno degli elementi più abbondanti sulla crosta terrestre il suo impiego nella realizzazione di dispositivi fotovoltaici è fondamentale per garantire uno sviluppo sostenibile. Si prevede che il fotovoltaico possa garantire alle prossime generazioni un energia sicura e pulita. L aumento dell efficienza energetica di tali dispositivi passa per lo sviluppo di nuove strategie fotovoltaiche e i ricercatori hanno mostrato la possibilità di sfruttare l interazione tra elementi nanostrutturati di silicio per lo sviluppo di nuovi dispositivi fotovoltaici simulando sistemi costituiti da nanocristalli di silicio posti tra loro a distanze inferiori al nanometro. I risultati hanno mostrato che la natura quantistica delle interazioni ha l'effetto complessivo di aumentare il numero di cariche generate per singolo fotone assorbito, e perciò migliorare le prestazioni del dispositivo solare. Un risultato, questo, che apre allo sviluppo di celle fotovoltaiche di terza generazione a basso costo e alto rendimento. 17

21 MONITORAGGIO BREVETTUALE Nelle pagine che seguono abbiamo riportato delle schede sintetiche relative ai brevetti selezionati secondo i criteri indicati in precedenza. La maggioranza dei brevetti che compongono il monitoraggio sono relativi a celle fotovoltaiche innovative, di terza e quarta generazione, in particolare, a celle fotovoltaiche polimeriche, organiche, ibride, a pigmenti sensibili ricaricabili (DSSC), multi-uso a pigmenti (DY), a nanocristalli (o quantum dots), a tandem e a giunzione multipla. Per ciascun brevetto, ove disponibili, sono stati riportati: titolo inventore richiedente numero di pubblicazione numero di domanda numero di priorità data di pubblicazione classificazione europea dei brevetti classificazione internazionale dei brevetti breve riassunto disegni 18

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