Fotovoltaico, nuovo record mondiale di efficienza al 33,1%, realizzato da una cella tandem

Nel  settore dell’energia solare ricerca macina sempre nuovi risultati. L’ultimo, in ordine di tempo, arriva dal settore fotovoltaico e non è un progresso da poco: un team di ricercatori internazionali ha messo a punto una cella solare tandem in perovskite-silicio che ha raggiunto un’efficienza di conversione record al 33,1%. Un passo che potrebbe accelerare sensibilmente la prossima generazione di pannelli solari. Il paper scientifico relativo è stato pubblicato su Science.

Il “Muro” del silicio e la soluzione a due strati

Per capire l’importanza di questa notizia, bisogna partire da un dato di fatto: il silicio, il materiale che oggi domina il mercato fotovoltaico, ha dei limiti fisici. Per quanto lo si possa migliorare, la sua efficienza teorica massima di conversione della luce solare in elettricità si ferma al 29,4%. Un tetto ragguardevole, ma pur sempre un tetto. È qui che entra in gioco l’idea delle celle “tandem”.

In parole povere, si tratta di sovrapporre due materiali diversi, ciascuno ottimizzato per catturare una porzione differente dello spettro luminoso. In questo caso, una cella superiore in perovskite, un materiale cristallino quasi miracoloso per le sue proprietà fotovoltaiche, e una cella inferiore basata sul collaudato silicio. L’idea è semplice: la perovskite cattura la luce ad alta energia (blu e verde), mentre la luce a bassa energia (rossa e infrarossa) passa attraverso e viene catturata dal silicio. Un lavoro di squadra che permette di superare i limiti del singolo materiale.

La soluzione:  la “Passivazione” su superfici irregolari

Il problema, finora, era di natura prettamente industriale. Le celle di silicio standard non sono piatte, ma presentano una superficie “testurizzata“, con minuscole piramidi che servono ad aumentare l’area di cattura della luce. Depositare uno strato di perovskite uniforme e di alta qualità su questa superficie irregolare era una grossa sfida industriale, Soprattutto, era complesso applicare un efficace trattamento di passivazione.

La passivazione è un processo chimico cruciale che “cura” i difetti superficiali del materiale, li rende più resistenti, riducendo le perdite di energia e aumentando sia l’efficienza che la stabilità della cella. Potremmo vederla come una sorta di “trattamento di bellezza” che ne ottimizza le prestazioni.

Celle tandem – KAUST

La svolta è arrivata grazie a un gruppo di scienziati della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), dell’Università di Friburgo e del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE. Utilizzando un composto specifico (il diidroioduro di 1,3-diaminopropano), sono riusciti per la prima volta a passivare in modo eccellente lo strato di perovskite depositato su una base di silicio testurizzato.

I risultati sono stati sbalorditivi: un’efficienza di conversione certificata del 33,1%, ben al di sopra del limite teorico del solo silicio, con una tensione a circuito aperto di 2,01 volt. Un record assoluto per questa tecnologia.

Una scoperta nella scoperta

Ma non è tutto. I ricercatori hanno notato un effetto inaspettato e ancora più interessante. A differenza del silicio, dove la passivazione agisce solo in superficie, nella perovskite il trattamento ha un impatto profondo, migliorando le proprietà dell’intero strato assorbente. È come se, invece di una crema applicata sulla pelle, si fosse somministrata una vitamina che rinvigorisce tutto l’organismo. Questo “effetto di campo profondo” migliora la conduttività e, di conseguenza, l’efficienza complessiva della cella.

Questa scoperta non solo stabilisce un nuovo primato, ma getta le basi per la futura produzione industriale su larga scala. Utilizzare le celle di silicio texturizzate standard, già prodotte su vasta scala, come base per le nuove celle tandem abbatterebbe i costi e accelererebbe l’adozione di questa tecnologia nettamente più performante. Un passo concreto, e non ideologico, verso un futuro energetico più efficiente. La vera valutazione sarà legata alla valutazione della durata di questo nuovo tipo di cella.