Questo "materiale miracoloso" creato da Oxford PV potrebbe raddoppiare la produzione di energia solare
Gli scienziati della Oxford PV, una società spin-off dell'Università di Oxford, promettono di raddoppiare la produzione di energia solare combinando perovskiti e silicio in celle tandem: un salto realistico che avvicina l'inizio di una nuova era del fotovoltaico.
Negli ultimi due decenni, un nuovo attore ha cambiato il copione dell’energia solare: si tratta delle perovskiti alogenate. Ciò che è iniziato come una curiosità di laboratorio oggi compete per salire sui tetti, grazie a gruppi pionieristici a Oxford e al suo ecosistema tecnologico.
La chiave non è sostituire il silicio, ma aggiungervi una seconda “cella” sintonizzata per catturare i colori del sole che il silicio lascia passare. Questo approccio (celle tandem perovskite e silicio) ha già dimostrato efficienze record in laboratorio e, cosa più importante, sta attraversando il ponte verso moduli e pannelli commerciali.
Le 'perovskiti alogenate' sono un tipo di materiale cristallino, come piccoli mattoncini da costruzione con una forma molto specifica e ordinata. La chiave è che la loro struttura base (ABX₃), dove A e B sono cationi e X è un alogeno come cloro, bromo o iodio, è particolarmente efficiente. Sono promettenti per le celle solari grazie alla loro alta efficienza e basso costo di produzione.
Parallelamente, la ricerca accademica ha organizzato il campo e definito quali architetture funzionano meglio, quali materiali offrono stabilità e quali processi possono essere prodotti su scala senza interrompere la catena industriale esistente.
Il gruppo "perovskite + silicio"
Il silicio domina il mercato per costo, abbondanza e affidabilità, ma soffre della barriera fisica del limite di Shockley-Queisser per dispositivi a giunzione singola. In pratica, le migliori celle al silicio raggiungono circa il 26–27% di efficienza, mentre i pannelli commerciali sono decisamente più sotto.
Gli scienziati dimostrano che aggiungendo una perovskite sopra il silicio si sfrutta meglio lo spettro, descrivendo tecnicamente che lo strato superiore converte i fotoni blu-verdi e lascia passare i rossi-infrarossi alla giunzione di silicio.
Questo “disaccoppiamento spettrale” riduce le perdite per termalizzazione nella cella superiore e sfrutta fotoni che il silicio da solo non convertiva bene. Il risultato è che il tetto teorico del tandem supera di gran lunga quello del silicio singolo. In effetti, la letteratura tecnica documenta già efficienze > 30% nelle celle tandem a livello di laboratorio, e una via credibile per trasferire queste prestazioni ai moduli.
Un altro trucco chiave di ingegneria è lo strato che unisce le due celle affinché lavorino insieme. Si utilizza una connessione chiamata 'giunzione tunnel' ultrafine che agisce come ponte, assicurando che l’elettricità generata da entrambi gli strati sia perfettamente equilibrata e che il pannello dia la massima resa.
Inoltre, la perovskite è eccellente perché può essere applicata come vernice molto sottile. Ciò significa che cattura molta luce con pochissimo materiale, rendendo il pannello leggero e la sua produzione più economica e a basso consumo energetico rispetto al silicio tradizionale.
Dal laboratorio alla fabbrica
Viene definito “materiale miracoloso” per le perovskiti perché possono essere stampate o rivestite su wafer di silicio tramite tecniche in soluzione o evaporazione, compatibili con linee moderne. Questo è il cuore dell’argomento accademico: l’avvento della perovskite può essere una “disruptive senza rompere il business” perché sfrutta l’infrastruttura del silicio invece di abbandonarla.
Per il passaggio dal laboratorio all’industria, devono essere rispettate tre validazioni: la prima è l’efficienza a dimensione utile (non solo celle da laboratorio); la seconda è la stabilità sotto calore, umidità e radiazione UV; la terza è la uniformità nella produzione continua.
La prima si vede già nei moduli tandem che superano chiaramente i pannelli al silicio standard; la seconda progredisce con incapsulamenti migliorati, strati di trasporto ottimizzati e ricette di perovskite più robuste; la terza con controllo fine della cristallinità, passivazione e interfacce.
Oxford e il suo ecosistema tecnologico hanno inoltre promosso la narrativa di prodotto, moduli tandem che offrono più energia per metro quadro e migliore resa in bassa luce o alta temperatura. Per l’utente finale, ciò si traduce in sistemi più compatti sui tetti urbani o impianti che generano di più con la stessa superficie.
Da Oxford affermano che la loro maggiore efficienza potrebbe renderli particolarmente adatti a diversi usi specifici, come l’installazione di pannelli solari sui tetti delle auto elettriche.
Oxford PV afferma che attualmente produce le sue celle in uno stabilimento in Germania e ha recentemente spedito il suo primo progetto pilota di circa 100 kW di pannelli solari tandem (sufficienti per alimentare circa 14 case medie negli USA) a un parco solare commerciale negli Stati Uniti.
Ostacoli alla sua implementazione
La stabilità è il grande ostacolo da superare. Le prime perovskiti si degradavano per umidità, calore e UV, e soffrivano di migrazione ionica che riduceva le prestazioni nel tempo.
Il settore ha risposto con composizioni miste (ad esempio formamidinio/cesio-ioduro-bromuro), passivazione dei difetti e barriere di incapsulamento che sigillano il materiale attivo dall’ambiente. La domanda non è più “non durano”, ma “quanto durano e in quali condizioni?”, rispondendo con certificazioni e test sul campo a lungo termine.
Un altro tema delicato è il piombo, poiché la maggior parte delle perovskiti fotovoltaiche più efficienti contiene questo metallo pesante, denso e malleabile, noto per essere una neurotossina dannosa per la salute, soprattutto per i bambini. Ciò richiede contenimento del materiale (soprattutto a fine vita) e strategie di riciclo eccellenti.
Esistono linee di ricerca su perovskiti senza piombo (ad esempio a base di stagno), anche se oggi hanno rese inferiori. Il consenso pratico è minimizzare il rischio con incapsulamenti che evitino perdite e con catene di recupero obbligatorie.
Infine, gli scienziati indicano la scalabilità come ostacolo. Per far sentire la promessa nella rete elettrica, bisogna produrre ad alto volume e costo competitivo. Qui, i vantaggi intrinseci delle perovskiti (bassa temperatura di processo, poco materiale attivo, possibilità di stampa continua) sono un asso nella manica.
Riferimenti della notizia
Catherine Early. "Perovskite: The 'wonder material' that could transform solar". BBC Future. Ottobre 2025.
Christina Kamaraki, et al. "Perovskite/silicon tandem photovoltaics: Technological disruption without business disruption". Appl. Phys. Lett. 16 agosto 2021.