Le celle solari a giunzione multipla interamente in perovskite hanno raggiunto un'efficienza del 27,3%, mantenendola per oltre 770 ore grazie ad un nuovo strato di trasporto delle cariche
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I progressi delle perovskiti applicate al fotovoltaico
Dopo il record di efficienza raggiunto dalle celle solari a doppia giunzione a base di sole perovskiti, anche quelle a tripla giunzione fanno parlare di sé. Merito di un gruppo di ricercatori guidati dall’Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) für Materialien und Energie, in Germania. Il team ha rivisto la ricetta di uno degli strati interni del dispositivo raggiungendo non solo un’efficienza più elevata per questa specifica sottocategoria fotovoltaica, ma anche una durata eccezionale. Compito non semplice dal momento che la stabilità operativa rimane uno dei grandi talloni d’Achille di questi semiconduttori sintetici.
La nuova era del fotovoltaico multigiunzione
Con il silicio sempre più vicino al suo limite nelle celle solari “semplici” (le cosiddette “a giunzione singola”), il fotovoltaico multigiunzione continua a guadagnare spazio e interesse. Rispetto alle unità tradizionali a giunzione singola, limitate al 33,7% di efficienza teorica, quelle a doppia e tripla giunzione possono far fare un balzo in avanti raggiungendo teoricamente il 44% e 52% di efficienza.
La spiegazione è semplice: questa sorta di panini fotovoltaici mettono insieme semiconduttori con band gap diversi in grado di assorbire una porzione più ampia dello spettro solare. E dunque di ridurre le normali perdite di energia per trasmissione e termalizzazione, che avvengono quando i fotoni hanno rispettivamente un’energia più bassa e una più alta del band gap del semiconduttore.
In questo segmento di ricerca le perovskiti rappresentano un’ulteriore promessa di bassi costi, flessibilità e un ridotto uso di materiali. Senza considerare che, potendo essere sintonizzate sul band gap desiderato, offrono una duttilità unica.
Celle solari multigiunzione in sola perovskite
La ricerca sulle celle solari multigiunzione interamente in perovskite ha già dato risultati entusiasmanti. A maggio 2026 l’Istituto di Tecnologia e Ingegneria dei Materiali di Ningbo (NIMTE) dell’Accademia Cinese delle Scienze, ha portato l’efficienza di conversione al 30,3% in una configurazione monolitica a due terminali.
Gli scienziati sono intervenuti su uno dei problemi clou di questa classe di materiai, ossia la tendenza di diverse parti del sistema a cristallizzare in momenti diversi; tendenza che determina disomogeneità compositive e strutturali, riducendo le prestazioni. Con l’aggiunta di nuovi additivi il NIMTE ha aumentato la capacità di conversione della luce in elettricità, mantenendo il 92% dell’efficienza iniziale anche dopo 1.000 ore.
Anche così, tuttavia, il fotovoltaico multigiunzione in perovskite “zoppica”; soprattutto sotto il profilo della stabilità operativa. Basti pensare che 1.000 ore di test corrispondono a poco più di 8 mesi di funzionamento nella vita reale.
Lo strato HTL del fotovoltaico a tripla giunzione in perovskiti
Il team dell’HZB ha provato a risolvere questa debolezza partendo però da una cella solare a tripla giunzione in perovskiti al 100%. Nel dettaglio gli scienziati si sono concentrati su un componente in particolare: lo strato di trasporto delle lacune (HTL, dall’inglese Hole Transport Layer), ossia il materiale selettivo posizionato subito a fianco dell’assorbitore di perovskite con il compito di attirare le cariche positive.
Nelle celle in perovskite di stagno-piombo (Sn-Pb), il materiale standard usato come HTL è un polimero chiamato PEDOT:PSS. Questo composto, tuttavia, presenta gravi difetti. Si è scoperto, infatti, che a causa del suo spessore, genera un assorbimento parassita dei fotoni che riduce l’efficienza di corrente. Inoltre la sua natura acida e igroscopica degrada la perovskite Sn-Pb, accelerando l’ossidazione dei materiali interni e riducendo la vita utile del dispositivo.
Per sostituire il PEDOT:PSS, i ricercatori hanno scommesso su nuovi monostrati autoassemblati (SAM), grandi molecole organiche che sulla carta promettono un assorbimento parassita quasi nullo e una migliore stabilità. La pecca? Nella realtà hanno una capacità di trasportare le lacune molto inferiore al PEDOT:PSS. Soprattutto nelle configurazioni a tripla giunzione. Detto in altri termini con i SAM il fotovoltaico in perovskite a tripla giunzione non ha mai superato il 16% di efficienza.
Ma qual è il problema? Perché queste molecole non funzionano altrettanto bene nell’estrazione della carica? Per il team la causa sono perdite ioniche (che creano una sorta di sbarramento elettrico interno) determinate all’interfaccia dai SAM tradizionali. Per superare l’ostacolo, gli scienziati hanno aggiunto uno strato di Ossido di Grafene (GO) al di sotto dello strato SAM, migliorando l’interfaccia sia morfologicamente che elettronicamente.
I risultati
“Con le celle solari a tripla giunzione abbiamo raggiunto un’efficienza del 27,3%, uno dei valori più alti per questa tecnologia”, afferma il ricercatore Steve Albrecht dell’HZB. Le unità con GO/SAM hanno dimostrato la loro validità anche in funzionamento continuo, mantenendo oltre il 90% della loro efficienza originale anche dopo 770 ore e stabilendo un nuovo record di stabilità per questa architettura di celle solari. “Le nostre analisi suggeriscono che, migliorando la qualità dei singoli strati di perovskite e dei film interstrato, l’efficienza di questa architettura potrebbe essere aumentata a oltre il 30%”.
La ricerca “Triple-junction all-perovskite solar cells with self-assembling hole contacts in all subcells” è stata pubblicata su Joule (2026). DOI: 10.1016/j.joule.2026.102575
