Valutazione di sostenibilità di fotovoltaici basati su perovskiti : Approccio valutazione del ciclo di vita alla sviluppo tecnologia fotovoltaica innovativa.

Sustainability assessment has become an important area of research due to the growing global concern on climate change. As the solar energy sector continues to grow, innovative photovoltaic (PV) technologies, such as perovskite solar cells (PSC), are being developed with the expectation that they may surpass or enhance the performance of current market-leading PV solutions like silicon solar cells (c-Si). However, as PSC technology is continually being improved to enhance their stability and performance, it is equally important to support their development with environmental and economic assessments to ensure their eco-efficiency. In light of this, this thesis explores the sustainability of PSC-based PV systems through Life Cycle Assessment (LCA). The main objective of the thesis is to contribute to the identification of the best set of materials, combinations and processes to obtain the most sustainable eco-profile depending on the final use. Additionally, the environmental impacts of scaling up operations of PSC-based PV systems from the laboratory to the industry are also considered. The results of the thesis are collected in three papers, each contributing a unique perspective. The first paper proposes a life cycle model based on a methodology that facilitates a harmonized comparison of the environmental impacts of PSC/Si tandem solar cells at the laboratory scale. Subsequent papers examine the long-term environmental impacts of PSC-based PV systems at the industrial scale, with one of the papers adopting an integrated LCA approach, combining environmental and economic analysis to explore the future use of single junction PSC PV systems in BIPV application and the other analysing the potential environmental impacts of four PSC/Si tandem devices. Collectively, the papers demonstrate how the LCA methodology can inform the design, deployment, and policymaking for PV systems. Through a multi-disciplinary approach taken in the PhD project, the thesis contributes to a deeper understanding of the environmental and economic costs and benefits of PSC-based PV technology, offering valuable insights for researchers, industry stakeholders, and policymakers involved in the sustainable energy transition.

Nell’ambito della transizione energetica e di contrasto ai cambiamenti climatici, lo sviluppo di tecnologie fotovoltaiche (PV) innovative, come le celle solari a perovskite (PSC), costituisce un’area di ricerca strategica in ottica di produzione efficiente dell’energia e uso di materiali a basso impatto ambientale e non critici. L’obiettivo principale è quello di cercare di superare le prestazioni delle attuali soluzioni PV leader di mercato, come le celle solari al silicio (c-Si). La tecnologia delle PSC necessita di essere ancora migliorata per aumentarne la stabilità e le prestazioni. Oltre a questo, un aspetto altrettanto importante è supportarne lo sviluppo con valutazioni ambientali ed economiche per garantirne l'eco-efficienza nelle fasi di produzione, impiego e dismissione. Alla luce di ciò, in questa tesi si applicano i metodi della valutazione del ciclo di vita (LCA) a dispositivi fotovoltaici basati su PSC al fine di identificare la combinazione migliore di materiali e processi per ottenere architetture con l’eco-profilo più sostenibile, considerando l’utilizzo finale della tecnologia e il processo di scale-up dalla scala di laboratorio a quella industriale. I risultati della tesi sono raccolti in tre articoli. Il primo propone un modello di analisi del ciclo di vita basato sull’armonizzazione, a partire da dati di letteratura, degli impatti ambientali delle celle solari tandem PSC/Si su scala di laboratorio. I lavori successivi esaminano gli impatti ambientali a lungo termine dei sistemi fotovoltaici basati su PSC su scala industriale; il secondo lavoro adotta un approccio LCA integrato, combinando l'analisi ambientale ed economica per esplorare l'uso futuro dei sistemi fotovoltaici PSC a giunzione singola nelle applicazioni di fotovoltaico integrato nell'edificio (BIPV), mentre il terzo analizza i potenziali impatti ambientali di quattro dispositivi tandem PSC/Si. Nel complesso, in questa tesi si dimostra come la metodologia LCA possa guidare l’eco-progettazione, la diffusione e la definizione delle politiche per i dispositivi fotovoltaici innovativi. Grazie all'approccio multidisciplinare adottato nel progetto di dottorato, la tesi contribuisce ad una comprensione approfondita dei costi e dei benefici ambientali ed economici della tecnologia fotovoltaica basata su PSC, offrendo spunti preziosi per i ricercatori, gli operatori del settore e i responsabili politici coinvolti nella transizione energetica.