Un nuovo processo catalitico ha permesso ai ricercatori del KIER di realizzare celle solari in perovskite efficienti e prive di additivi, capaci di mantenere il 95% della loro efficienza iniziale dopo 1.000 ore durante i test di stabilità al calore umido.
Celle in perovskite alla prova del damp-heat test
Arrivano dalla Corea del Sud le nuove celle solari in perovskite a prova di sauna svedese. Un gruppo di ricercatori del Korea Institute of Energy Research (KIER) ha sviluppato un processo catalitico in grado di risolvere uno dei problemi chiave di questa tecnologia nella sua architettura standard, ossia la scarsa resistenza a calore e umidità. Offrendo così una nuova chance commerciale al fotovoltaico in perovskite “convenzionale”. E i risultati parlano da soli: le unità, sottoposte al damp-heat test, hanno mostrato di mantenere quasi inalterata l’efficienza di conversione iniziale dopo 1.000 ore di caldo umido estremo.
Al momento, è bene specificarlo, l’innovazione è confinata nei laboratori del dipartimento di ricerca fotovoltaica del KIER, ma per il segmento rappresenta una svolta considerevole. Da quando le perovskiti hanno fatto il loro debutto nel mondo della ricerca energetica hanno accumulato progressi a tempi record, ma l’idea di portare sul mercato prodotti a singola giunzione appare inverosimile. Nonostante l’efficienza di conversione di questa classe di composti sia arrivata (quasi) ad eguagliare il silicio, il limite di Shockley-Queisser è troppo vicino. Oggi le aspettative sono tutte focalizzate sulla tecnologia multigiunzione, che prevede soprattutto l’uso delle celle in perovskite in accoppiata con quelle in silicio o altre perovskiti.
Ma per comprendere come il nuovo studio sudcoreano abbia impresso una svolta è necessario scendere di livello.
Perovskiti, la lotta tra architettura standard e invertita
Nel segmento delle PSC (perovskite solar cells) si distinguono due architetture di cella a seconda dell’ordine di sovrapposizione degli strati costituenti: quella standar (n-i-p), la prima ad essere stata creata, e quella invertita (p-i-n). Messe a paragone, le architetture tradizionali mostrano una tensione a circuito aperto (Voc) più elevata e sono ancora imbattibili in termini di efficienza di conversione della luce in elettricità. D’altro canto quelle invertite offrono una stabilità operativa di gran lunga maggiore e in modalità tandem si adattano meglio alla superficie “testurizzata” del silicio.
Problemi di “grip” a parte, la durabilità delle celle solari in perovskite convenzionali è una sfida che i ricercatori del Korea Institute of Energy Research potrebbero appena aver risolto. Il team ha prima individuato il problema alla base e messo a punto la soluzione.
Durante la fabbricazione dell’architettura standard, vengono aggiunti allo strato di trasporto delle lacune sali di litio e additivi per ottimizzarne l’efficienza del trasporto di carica.
Peccato che gli additivi tendano a evaporare nelle reali condizioni operative delle celle fotovoltaiche lasciando dietro di se veri e propri buchi tra gli strati costituenti; spazi che ne compromettono la vita.
Non solo. A temperature e umidità elevate, gli ioni di litio rilasciati dai sali diffondono all’interno della cella in modo incontrollato, riducendo ulteriormente la durata.
La questione finora si è giocata su un compromesso apparentemente irraggiungibile: riuscire a mantenere alta l’efficienza (per la quale sali di litio e additivi sono essenziali) ma garantendo una vita più lunga. È qui che entra in gioco il lavoro del KIER.
Come aumentare la durabilità celle solari in perovskite
Gli scienziati hanno elaborato un innovativo processo catalitico a base di ossido di nichel con successiva filtrazione: i sali di litio vengono impiegati esclusivamente per innescare le reazioni chimiche necessarie, dopodiché gli ioni vengono catturati dall’ossido assieme al sale rimasto. Il tutto senza bisogno di usare additivi. Quindi, sfruttando le dimensioni relativamente grandi delle particelle di ossido di nichel, il catalizzatore e gli ioni di litio ad esso legati vengono rimossi e smaltiti in blocco.
Il risultato? Non solo il team ha ottenuto un’efficienza del 25,24%, superando di 0,03 punti percentuali il valore ottenuto utilizzando processi convenzionali basati su additivi, ma la durabilità delle celle solari in perovskite in condizioni di alta temperatura (85 °C) e alta umidità relativa (85% UR) è stata eccellente.
Le unità hanno mantenuto il 95% della loro efficienza iniziale anche dopo 1.000 ore di damp-heat test. Per gli scienziati questa svolta sarà decisiva nell’affrontare i problemi di durata delle celle solari tandem a base di perovskite, “aprendo la strada alla loro commercializzazione”.
La ricerca Redox‐Active NiOx‐Catalyzed Li+ Capture‐Extraction Strategy for tBP‐Free Spiro‐OMeTAD Enables Exceptional Damp‐Heat Stability in Perovskite Solar Cells, è stata pubblicata su Advanced Science (2026). DOI: 10.1002/advs.202521825
