I fisici dell'Università di Groningen hanno misurato una finestra temporale che nel fotovoltaico si dava per impossibile: gli elettroni caldi delle perovskiti allo stagno restano in stato eccitato per nanosecondi, mille volte più a lungo dei picosecondi tipici del silicio.
Cos'ha misurato il gruppo di Groningen
Il lavoro, pubblicato l'11 settembre 2026 su ACS Energy Letters con il titolo The Physics of Ultra-Long Cooling Times in Metal Halide Perovskites, porta le firme di Tim Faber, Larissa van de Ven, Lado Filipovic, Maria Antonietta Loi, originaria di Quartu Sant'Elena e laureata a Cagliari, e Jan Anton Koster. È il primo studio che spiega quantitativamente un fenomeno che i laboratori osservavano da anni senza riuscire a interpretarlo.
Le simulazioni Monte Carlo d'insieme riproducono i dati sperimentali attraverso due meccanismi che agiscono in parallelo. Il primo è l'Hot Phonon Bottleneck: il calore ceduto dagli elettroni al reticolo si accumula così rapidamente che viene riassorbito prima di dissiparsi, creando una trappola termica. Il secondo è l'effetto Burstein-Moss: i livelli energetici più bassi sono già occupati da altri elettroni eccitati e il percorso di raffreddamento si intasa. Da solo nessuno dei due basta, ma la loro combinazione allunga i tempi di raffreddamento di tre ordini di grandezza.
Il limite Shockley-Queisser e il tetto teorico al 66%
Il numero da battere è il 33,7%, il tetto termodinamico calcolato nel 1961 da William Shockley e Hans Queisser per una cella a singola giunzione: oltre quella soglia, l'energia in eccesso di ogni fotone finisce dispersa in calore prima di diventare elettricità. Estrarre gli elettroni caldi prima che si raffreddino è l'unica strada che sposta il tetto teorico fino al 66%, secondo i calcoli di riferimento del settore.
Il 35% di LONGi, pur superando il limite Shockley-Queisser, ci arriva grazie a due giunzioni impilate (perovskite più silicio), non a un'architettura a giunzione singola che catturi elettroni caldi. È un percorso maturo e replicabile su area utile (il record da 260,9 cm² arriva al 33%), ma con margini di crescita in via di esaurimento: il tetto termodinamico dei tandem a due giunzioni si ferma intorno al 42%. Raddoppiare davvero l'efficienza attuale richiederebbe la terza via, quella degli elettroni caldi.
Lo scarto con quanto è oggi possibile in laboratorio resta enorme. Il record mondiale certificato per una cella tandem perovskite-silicio è del 34,85%, ottenuto da LONGi Solar nell'aprile 2025 e misurato dal NREL statunitense. I moduli commerciali di Oxford PV, primo produttore a portare la tecnologia sul mercato, si fermano al 26,9% certificato Fraunhofer. Tra la fisica di Groningen e un pannello che sfrutti davvero gli elettroni caldi mancano un'architettura di cella completamente nuova e almeno un decennio di sviluppo industriale.
Stagno, piombo e la distanza dalla produzione
La scelta dello stagno non è casuale. Le perovskiti più studiate contengono piombo, tossico e vincolato dalla normativa RoHS europea; lo stagno le rende trasferibili all'edilizia e ai dispositivi indossabili senza limitazioni ambientali. Ha però un vantaggio fisico più profondo: gli ioni di stagno hanno una massa elettronica insolitamente ridotta, quindi le cariche si muovono più velocemente e trattengono l'energia termica più a lungo, condizione necessaria perché i due meccanismi quantistici si attivino insieme.
La sfida ingegneristica resta pesante. Raccogliere elettroni prima che si raffreddino richiede contatti selettivi in energia, tempi di estrazione al nanosecondo e architetture di cella che nessun laboratorio ha ancora dimostrato di poter industrializzare. Il comunicato dell'Università di Groningen sulla scoperta ammette apertamente che restano molte domande senza risposta.
La distanza fra scoperta di laboratorio e applicazione ricorre in altre frontiere della ricerca recente, dagli organoidi cerebrali di Harvard vivi oltre cinque anni ai fagi M13 usati per veicolare farmaci oltre la barriera del cervello, fino al dark genome dei mammiferi con oltre 30.000 mRNA chimera.
Il prossimo passo tocca ai chimici dei materiali: mostrare che i tempi di raffreddamento misurati sopravvivono in una cella completa, con contatti reali e alla luce del Sole. Solo allora la corsa al 66% smetterà di essere una speranza e diventerà una roadmap industriale.