Le nuove celle solari perovskite in configurazione tandem organico sviluppate alla Hong Kong Polytechnic University mantengono oltre il 90% dell'efficienza iniziale anche a -40 V, la tensione inversa che si genera quando parte del modulo finisce all'ombra. Lo studio, pubblicato su Nature Materials il 20 luglio 2026, alza il rendimento di conversione oltre il 26% e attacca il punto debole storico del fotovoltaico a film sottile.
Cosa hanno risolto i ricercatori di Hong Kong
Nei pannelli a film sottile l'ombra non è un semplice calo di luce: le celle coperte finiscono in reverse bias e generano una tensione negativa che degrada i materiali attivi. Il gruppo guidato dal professor Li Gang ha ricondotto il fenomeno ai *deep trap states*, difetti nel bulk heterojunction delle celle organiche che intrappolano gli elettroni e innescano rotture irreversibili quando la tensione inversa cresce oltre soglia.
Riducendo gli ammassi isolati del materiale accettore nella miscela donatore-accettore, la ricerca PolyU sulle celle tandem perovskite-organiche ottiene celle organiche con tensione di rottura oltre -35 V e mini-moduli tandem che dopo 2.000 ore a -4,5 V conservano il 97% dell'efficienza e dopo 12 ore a -20 V ne mantengono il 90%. Il precedente lavoro del gruppo, uscito su Nature Energy nel 2025, si era fermato al 25,1% certificato senza affrontare in modo sistematico la tensione inversa.
Silicio contro perovskite-organico: il vero divario non è più l'efficienza
Il record di laboratorio del silicio TOPCon fissato da JinkoSolar a novembre 2025 è del 27,79%, quello dei tandem perovskite-silicio si spinge al 34,85%. Le celle solari perovskite-organiche oltre il 26% del nuovo studio non sono più lontane: la distanza si misura in punti percentuali, non più in ordini di grandezza. Il punto è cosa succede fuori dal laboratorio, sui tetti veri.
Un modulo silicio standard ha un tallone d'Achille noto: ombreggiare anche una singola cella su 36 può abbattere l'output totale fino al 75%, e la letteratura documenta perdite di picco tra il 36% e il 42% con un solo elemento ombreggiato al 40-60%. Per compensare servono diodi di by-pass, ottimizzatori di stringa e microinverter, ovvero elettronica in più che aumenta costi, punti di guasto e tempi di installazione. Nel tandem POTSC lo strato organico protegge la perovskite dal reverse tunnelling e limita il danno da tensione inversa fin oltre i -40 V, sopprimendo il problema all'origine invece di aggirarlo.
Perchè conta per i tetti urbani e per il fotovoltaico integrato
Il film sottile perovskite-organico è leggero, flessibile e in prospettiva più economico del silicio: profilo naturale per il fotovoltaico integrato negli edifici, per le facciate, per i tetti urbani con camini, antenne e alberi che generano ombre parziali per gran parte della giornata. Lo stesso vantaggio conta per applicazioni mobili come i droni a lunga persistenza come il velivolo solare Guardian XL nella categoria 3 kg, dove il peso e la resistenza al passaggio di ombre in volo sono critici tanto quanto l'efficienza.
Restano gli ostacoli industriali del film sottile perovskite: stabilità nel tempo su scala di modulo, produzione ripetibile, resa in condizioni di alta umidità e sotto cicli termici. Sul fronte della durabilità servono confronti su archi lunghi come i cinquant'anni del lander Viking 1 su Marte per capire dove punta l'asticella dell'affidabilità dei materiali esposti a stress estremi. Per ora il salto delle celle solari perovskite di PolyU e' documentato solo sui mini-moduli, non sui pannelli di dimensioni commerciali.
Il prossimo test decisivo è il passaggio dai centimetri quadrati del laboratorio ai metri quadrati del tetto: se la resistenza al reverse bias regge sulla scala del modulo, la voce di costo dell'elettronica anti-ombra oggi indispensabile nel silicio può ridursi in modo sensibile e ridisegnare il conto economico degli impianti su superfici irregolari.
Domande frequenti
Qual è il principale vantaggio delle celle tandem perovskite-organiche rispetto a quelle al silicio in condizioni di ombra?
Le celle tandem perovskite-organiche mantengono oltre il 90% dell'efficienza iniziale anche sotto tensione inversa causata dall'ombra, mentre i pannelli al silicio possono subire perdite fino al 75% dell'output totale. Questo riduce la necessità di elettronica aggiuntiva per gestire le ombre, abbattendo costi e complessità.
Come hanno risolto i ricercatori il problema della tensione inversa nelle celle a film sottile?
I ricercatori hanno ridotto gli ammassi isolati del materiale accettore nella miscela donatore-accettore, aumentando la tensione di rottura delle celle oltre -35 V e garantendo una maggiore stabilità sotto tensione inversa. Questo limita i danni legati ai difetti interni che degradano le celle sotto ombra.
Quali sono le applicazioni ideali per le celle perovskite-organiche a film sottile?
Le celle perovskite-organiche, essendo leggere, flessibili e potenzialmente più economiche, sono ideali per il fotovoltaico integrato negli edifici e per i tetti urbani soggetti a ombreggiature parziali. Sono vantaggiose anche per applicazioni mobili come droni solari, dove peso e resistenza all'ombra sono critici.
Quali sono ancora i principali ostacoli industriali per le celle a film sottile perovskite-organiche?
Restano sfide legate alla stabilità a lungo termine, alla produzione su scala industriale, alla resa in condizioni di alta umidità e ai cicli termici. Inoltre, la resistenza al reverse bias è stata dimostrata solo su mini-moduli e non ancora su pannelli di dimensioni commerciali.
In cosa consiste il prossimo passo decisivo per la diffusione commerciale di questa tecnologia?
Il prossimo test chiave consiste nel verificare la resistenza al reverse bias su moduli di grandi dimensioni, tipici degli impianti reali. Se superato, potrebbe ridurre significativamente i costi legati all'elettronica anti-ombra e rendere più competitivi gli impianti su superfici irregolari.
