L’Università di Tokyo ha raggiunto un’efficienza di conversione energetica superiore al 25%, in una cella solare tandem perovskite/CIGS con un'area fotoattiva di 1 cm²
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Nuovo record di efficienza per il fotovoltaico tandem perovskite/CIGS
Dopo i record raggiunti dall’accoppiata perovskite/silicio e dalla perovskite su perovskite, un altro traguardo è stato tagliato nel settore delle celle solari a doppia giunzione. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Tokyo ha creato un dispositivo fotovoltaico tandem in perovskite e CIGS, ossia (di)seleniuro di rame indio gallio, con un‘efficienza di conversione del 25,14%. Il dato, sebbene non rappresenti il valore più alto raggiunto da tale mix, costituisce un primato a livello mondiale in termini di grandezza della cella. Ed ecco perché è essenziale parlarne.
Celle solari multigiunzione, la sfida dello scale-up
In generale la combinazione di due o più giunzioni in una cella solare promette di offrire un salto di qualità nell’efficienza di conversione luce-elettricità, superando il cosiddetto limite di Shockley-Queisser e contribuendo a sostenere la crescita del fotovoltaico con dimensioni sempre più ridotte. Oggi l’architettura tandem è presente nelle roadmap di molti produttori di fotovoltaico, tuttavia la diffusione su larga scala rimane sfidante. Uno dei principali problemi rimane lo scale-up, ossia riuscire a replicare i buoni risultati ottenuti su piccoli prototipi di laboratorio in celle di dimensione commerciale.
Lo stato attuale della ricerca mostra bene questo gap tecnologico. Attualmente il record mondiale di efficienza detenuto dal fotovoltaico perovskite/CIGS appartiene ai ricercatori della Seoul National University e del KIST che a maggio 2025 hanno presentato una cella solare in grado di convertire il 26,3 per cento della luce in elettricità. Questa cella a doppia giunzione ha un’area fotoattiva di appena 0,222 cm². In termini di confronto le unità oggi sul mercato hanno una superficie compresa tra 331 cm² e 441 cm².
Ed è proprio la questione della superficie attiva a fare della cella solare perovskite/CIGS dell’Università di Tokyo il nuovo record mondiale. Sebbene gli scienziati abbiano raggiunto un’efficienza di conversione più bassa – il 25,14% – lo hanno fatto su un’area di 1 cm². Ottenendo un miglioramento nella scalabilità del 350%.
L’approccio dell’Università di Tokyo
Il percorso che ha portato a questo risultato non è stato facile e ha richiesto un approccio su più fronti. Il team si è focalizzato sullo strato di ricombinazione dei portatori di carica, elemento necessario per collegare la cella superiore a quella inferiore nelle architetture tandem. Questo elemento si trova esattamente in mezzo al “sandwich fotovoltaico” ma in caso di incompatibilità chimica all’interfaccia possono crearsi difetti strutturali nel reticolo cristallino dove le cariche “si perdono”, abbassando l’efficienza.
Introducendo uno strato barriera sulla cella inferiore CIGS, il team giapponese è riuscito a migliorare la cristallinità dello strato di perovskite formatosi sulla sua superficie, migliorando significativamente le prestazioni della cella superiore.
“Ulteriori miglioramenti dell’efficienza possono essere ottenuti ottimizzando la composizione della perovskite e del CIGS per migliorare la corrente di cortocircuito”, spiegano gli scienziati. “Inoltre, accelereremo la ricerca e lo sviluppo verso l’applicazione pratica migliorando la durabilità attraverso miglioramenti negli additivi e nella tecnologia di passivazione, facendo progredire la tecnologia tandem utilizzando celle inferiori CIGS flessibili e sviluppando processi di formazione su larga scala per le celle solari a perovskite”.
Applicazioni future del fotovoltaico perovskite-CIGS
A conti fatti i progressi appaiono promettenti ma va sottolineato come il fotovoltaico perovskite-silicio sia già oggi ad un livello di efficienza molto più elevato della perovskite-CIGS. Perché allora si continua ad indagare anche in questa direzione? Perché entrambi sia le perovskiti che il (di)seleniuro di rame indio gallio sono realizzabili come sottili pellicole, portando ad un futuro di celle solari leggere, flessibili e adattabili a contesti difficili.
“Ad esempio – si legge nella nota stampa dell’ateneo – si prevede che vengano installate sui tetti di fabbriche e magazzini con limitazioni di carico, tetti curvi e pareti di edifici, offrendo una nuova opzione di energia rinnovabile, soprattutto nelle aree urbane dove l’acquisizione di terreni è una sfida. Inoltre, si prevede che apriranno nuovi mercati, come le applicazioni nei veicoli elettrici (EV) e nei droni”.
