Un gruppo di ricercatori della National University of Singapore ha ottenuto un risultato significativo nel campo delle celle solari tandem perovskite-organiche, raggiungendo un’efficienza di conversione del 26,4% su un’area attiva di 1 cm². Il progresso è stato possibile grazie allo sviluppo di un nuovo assorbitore organico, capace di migliorare la raccolta di fotoni nel vicino infrarosso. Questo risultato rappresenta il valore più alto certificato mai raggiunto per questa categoria di dispositivi fotovoltaici, aprendo nuove strade nella tecnologia solare a basso costo e alta resa.
Il nuovo accettore organico asimmetrico e il suo ruolo nel miglioramento
Il passo avanti è arrivato dal team guidato dal Prof. Hou Yi, che ha sintetizzato un nuovo accettore organico chiamato P2EH-1V. Questa molecola presenta una struttura asimmetrica, formata da una sequenza alternata di legami singoli e doppi che facilita lo spostamento degli elettroni lungo la catena. Questo design permette un buon equilibrio tra assorbimento della luce nel vicino infrarosso e separazione efficiente delle cariche elettriche generate.
Le analisi spettroscopiche sui prototipi hanno confermato una raccolta molto elevata dei portatori di carica liberi, riducendo le perdite energetiche interne. La nuova sottocella organica è stata abbinata a una cella superiore in perovskite ad alta efficienza, collegata tramite uno strato trasparente conduttivo. Il sistema tandem così assemblato ha raggiunto un’efficienza di potenza del 27,5% su campioni da 0,05 cm² e del 26,7% su dispositivi da 1 cm², con un valore certificato indipendentemente pari al 26,4%.
Caratteristiche delle celle solari tandem perovskite-organiche
Le celle solari tandem sono dispositivi composti da più strati di semiconduttori sovrapposti, capaci di assorbire diverse porzioni dello spettro solare. Nel caso delle celle perovskite-organiche, unisce le proprietà della perovskite, noto materiale semiconduttore, con quelle degli accettori organici. La perovskite consente elevata efficienza con un processo di fabbricazione più semplice rispetto al silicio tradizionale. Gli accettori organici garantiscono leggerezza e flessibilità, ideali per applicazioni non convenzionali.
Nel tandem perovskite-organico, il bandgap si può regolare in modo da sfruttare ampie porzioni dello spettro solare. Questo approccio teoricamente apre la strada a conversioni energetiche più alte rispetto alle celle singole. Tuttavia, le celle basate su semiconduttori organici subivano finora un limite: non esistono assorbitori sufficientemente efficienti per la regione del vicino infrarosso, fondamentale per ottenere elevati valori di fotocorrente nella sottocella organica. Di conseguenza, l’energia solare raccolta in quella banda risultava largamente sprecata e il rendimento generale si abbassava.
Prospettive e usi delle celle solari flessibili a base perovskite-organiche
Il nuovo materiale e il design tandem aprono possibilità applicative molto interessanti. La flessibilità e la leggerezza del dispositivo lo rendono adatto alla produzione con metodi roll-to-roll, convenienti per le lavorazioni su grandi superfici e a basso costo. Queste pellicole flessibili si possono integrare su substrati curvi o tessuti, dando vita a tecnologie indossabili e sensori autoalimentati.
Per esempio, si potrebbero realizzare cerotti intelligenti capaci di catturare energia solare per alimentare dispositivi medici o tessuti biometrici che funzionano senza batterie ingombranti. Questi impieghi aprono nuove strade per dispositivi elettronici portatili e sensori integrati, con numerosi ambiti di utilizzo nei settori sanitario e sportivo.
Il team dei ricercatori di NUS ha annunciato di voler concentrare i prossimi studi sulla stabilità dei dispositivi in condizioni reali e sullo sviluppo di linee pilota per la produzione su scala maggiore. Questi sono i passi essenziali per trasformare una scoperta di laboratorio in una tecnologia disponibile sul mercato.
La ricerca pubblicata su nature nel 2025
L’articolo che descrive i dettagli di questo lavoro, firmato dal gruppo di Hou Yi, è stato pubblicato il 25 giugno 2025 sulla rivista scientifica Nature, confermando l’interesse della comunità internazionale verso questa innovazione. La pubblicazione riporta dati sperimentali rigorosi e certificazioni indipendenti che attestano l’efficienza raggiunta. Il risultato rappresenta un punto di riferimento per la ricerca sul fotovoltaico organico e pone le basi per sviluppi futuri verso soluzioni energetiche più economiche e versatili.