La stabilità nel tempo è da anni il tallone d’Achille delle celle solari perovskite: materiali che in laboratorio raggiungono efficienze straordinarie, ma che a contatto con calore e umidità tendono a degradarsi rapidamente. Un nuovo risultato del Korea Institute of Energy Research (KIER) sposta in modo significativo questo limite, con celle che mantengono oltre il 95% delle prestazioni iniziali dopo 1.100 ore di funzionamento continuo a 85 °C, una soglia termica considerata critica per i test di qualificazione industriale.
Perché la stabilità conta quanto l’efficienza
Nel fotovoltaico, l’efficienza di conversione è il dato che cattura l’attenzione, ma non è l’unico parametro che conta davvero per un’applicazione commerciale. Un pannello che raggiunge il 28% di efficienza in condizioni ideali ma si degrada del 30% in due anni non è competitivo rispetto a un modulo in silicio cristallino che mantiene le prestazioni per vent’anni o più.
Le celle solari perovskite hanno inseguito questo equilibrio per anni. La struttura cristallina che le rende così efficienti nell’assorbire luce solare è anche la loro debolezza strutturale: reagisce con l’umidità, si deteriora sotto stress termici prolungati, e può subire variazioni di fase che compromettono la conduzione elettrica. I test standard dell’industria fotovoltaica — come la prova damp heat a 85 °C e 85% di umidità relativa per 1.000 ore — sono stati a lungo un ostacolo difficile da superare per questa tecnologia.
Il risultato del KIER cambia la prospettiva. Mantenere oltre il 95% dell’efficienza iniziale dopo 1.100 ore a 85 °C significa superare la soglia temporale del test standard, non solo raggiungerla. E i minimoduli convenzionali testati dal gruppo di ricerca hanno conservato oltre il 90% dell’efficienza iniziale dopo 2.500 ore alla stessa temperatura e con umidità relativa all’85%. Duemila e cinquecento ore in quelle condizioni rappresentano un banco di prova molto severo, paragonabile a quanto un modulo potrebbe subire in anni di esposizione in climi caldi e umidi.
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Il primato sull’efficienza tandem perovskite/CIGS
La stabilità non è l’unico fronte su cui il KIER ha registrato progressi rilevanti. Il dipartimento di ricerca fotovoltaica dell’istituto sudcoreano ha ottenuto un’efficienza certificata record mondiale del 26,7% per celle solari tandem perovskite/CIGS — sigla che indica la combinazione di perovskite con uno strato di copper indium gallium selenide, un semicomposto a film sottile già consolidato nell’industria.
Le architetture tandem sfruttano il principio di impilare due materiali assorbitivi con diversi bandgap, cioè con sensibilità a diverse porzioni dello spettro solare. In questo modo si cattura una quota maggiore della radiazione incidente rispetto a quanto possibile con un singolo materiale. Il silicio cristallino, da solo, si avvicina ai propri limiti teorici. La perovskite, abbinata ad altri semiconduttori, apre margini di miglioramento ancora significativi.
Un’efficienza del 26,7% certificata per una cella tandem perovskite/CIGS è un dato rilevante perché si tratta di una misura eseguita da laboratori di terze parti secondo protocolli standardizzati, non di un valore autoproclamato. Questo tipo di certificazione è il metro con cui si confrontano i progressi a livello internazionale.
Cosa significa per la strada verso il mercato
I risultati del KIER non implicano che le celle solari perovskite siano pronte per la produzione di massa domani. Tra un record di laboratorio e un prodotto commerciale affidabile restano passaggi non banali: la scalabilità dei processi di deposizione su superfici grandi, la gestione del piombo contenuto nella maggior parte delle formulazioni di perovskite (un aspetto con implicazioni ambientali e normative), e la riproducibilità industriale dei risultati.
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Tuttavia, i dati sulla durata cambiano la narrativa attorno a questa tecnologia. Fino a qualche anno fa, la principale obiezione alla perovskite in ambito industriale era proprio la stabilità insufficiente. Dimostrare che minimoduli possono resistere a 2.500 ore in condizioni damp heat con degradazione limitata al 10% significa rispondere concretamente a quella critica, con numeri misurabili anziché con proiezioni teoriche.
Il confronto con il silicio cristallino rimane importante per contestualizzare le aspettative. I moduli in silicio monocristallino di alta qualità mostrano tassi di degradazione annua dell’ordine dello 0,3-0,5%, con garanzie di produzione che arrivano a 25-30 anni. La perovskite dovrà avvicinarsi a questi standard per competere nei segmenti di mercato dove la durabilità è determinante. I test accelerati in laboratorio sono uno strumento utile per stimare la vita operativa, ma non la sostituiscono: la correlazione tra ore di damp heat e anni di esposizione reale dipende da molte variabili legate al clima e all’installazione.
Il contesto della ricerca internazionale sulla perovskite
Il KIER non lavora in isolamento. La ricerca sulle celle solari perovskite è uno dei campi più attivi della scienza dei materiali a livello globale. Gruppi universitari e centri di ricerca in Europa, Asia e Nord America pubblicano continuamente nuovi risultati su efficienza e stabilità, e il confronto tra approcci diversi — formulazioni chimiche, architetture di cella, metodi di incapsulamento — è serrato.
In questo quadro, i risultati del KIER si distinguono per la combinazione di due parametri che raramente avanzano insieme: efficienza elevata e stabilità prolungata in condizioni estreme. Spesso i progressi sull’uno avvengono a scapito dell’altro. Riuscire a tenerli insieme, con dati certificati o misurati secondo protocolli riconoscibili, è ciò che rende il lavoro dell’istituto sudcoreano degno di attenzione al di là del singolo comunicato.
Per chi segue il settore fotovoltaico, i prossimi anni saranno decisivi: diversi produttori stanno avviando o pianificando linee pilota per moduli perovskite o tandem perovskite/silicio, e i dati sulla durabilità accumulati in questa fase di ricerca intensiva determineranno quali approcci tecnici arriveranno effettivamente al mercato. I risultati del Korea Institute of Energy Research contribuiscono a restringere il campo delle incertezze, che è esattamente il tipo di progresso di cui questa tecnologia aveva bisogno. Ulteriori dettagli sulla ricerca sono disponibili tramite EurekAlert, il servizio di comunicazione scientifica dell’American Association for the Advancement of Science.
Questo articolo è stato realizzato con il supporto dell'AI e sottoposto a revisione editoriale.
