Una cella solare ha resistito a meno 40 volt

Cella tandem perovskite-organico: mantiene oltre il 90% di efficienza anche a -40 volt

Lo scorso marzo, su Nature Materials, un dato è passato quasi sotto traccia: a –40 V di polarizzazione inversa, una cella tandem perovskite–organico mantiene oltre il 90% dell’efficienza iniziale. Nessun’altra tecnologia a film sottile si avvicina, secondo la Hong Kong Polytechnic University. Non è un record di efficienza: è una prova di tortura elettrica, e il risultato dice qualcosa che le tabelle di laboratorio raramente raccontano.

Meno 40 volt, il 90% che cambia i conti

Il punto di partenza non è un primato di efficienza, ma una prova di stress inverso. I ricercatori hanno spinto la cella fino a –40 V, il regime in cui ogni altra tecnologia a film sottile cede. Le celle tandem n–i–p perovskite–organico mantengono oltre il 90% dell’efficienza iniziale. Il dato non è isolato: a –20 V per 12 ore i dispositivi trattengono il 90%, e a –4,5 V per 2.000 ore il 97%.

Alla base c’è una proprietà del design n–i–p, non un colpo di fortuna. Lo studio chiarisce per la prima volta il meccanismo per cui il tunnelling inverso nelle celle organiche, dominato da stati trappola profondi all’interno di una eterogiunzione di bulk, innesca rotture reversibili o irreversibili sotto polarizzazione inversa. Modulando quegli stati trappola — sopprimendo i cluster isolati di accettore nella regione di intermix donatore–accettore — i ricercatori hanno dimostrato celle organiche ad alte prestazioni con tensione di rottura irreversibile superiore a –35 V. È il cuore tecnico: non si aggiunge un componente, si riduce la probabilità che il materiale ceda quando la corrente cerca una strada forzata.

Ma perché una cella dovrebbe mai vedere –40 V? La risposta arriva da come i pannelli si comportano quando una parte finisce in ombra.

Quando l’ombra diventa un contromano

È come chiudere improvvisamente una corsia in autostrada. Quando una cella solare in un pannello è ombreggiata, le celle illuminate possono applicare una grande polarizzazione inversa sulla cella ombreggiata nel tentativo di forzare la corrente attraverso di essa. Lo spiegava già un lavoro firmato Wolf et al. su Solar RRL: l’ombra non è un problema passivo, ma una spinta attiva capace di rompere la cella più debole.

Il meccanismo appena chiarito su Nature Materials dà un nome a quella rottura: tunnelling inverso. In un’eterogiunzione di bulk, gli stati trappola profondi diventano una porta d’ingresso per la corrente che va nella direzione sbagliata. Una cella che sotto ombra non gestisce questi stati si degrada prima ancora di arrivare a fine giornata. Il tandem perovskite–organico, invece, sembra avere la giusta architettura per reggere il contromano.

Il tandem che non teme l’ombra sposta l’asticella?

La stabilità inversa non basta da sola a vincere la gara del fotovoltaico, ma cambia i termini del confronto. La comunicazione della Hong Kong Polytechnic University sintetizza così: anche a –40 V i dispositivi tandem mantengono più del 90% dell’efficienza di generazione di potenza, superando tutte le tecnologie solari a film sottile esistenti. È un passo verso l’applicazione pratica, non ancora una dimostrazione sul campo.

I numeri di laboratorio da tenere d’occhio sono due. Secondo uno studio pubblicato su Nature, una cella solare tandem monolitica perovskite–organica ha raggiunto un’efficienza di conversione del 28,80%, con un PCE certificato in stato stazionario del 28,04%, e ha mantenuto il 90% del PCE iniziale dopo 625 ore di funzionamento secondo il protocollo ISOS-L-1. Sono valori solidi, ma vanno letti per quello che sono: fotografie in condizioni controllate, non bollette di un impianto reale.

La risposta arriverà dai prossimi dati di durata sul campo, non dalle tabelle di laboratorio. Da tenere d’occhio, appunto: il PCE certificato del 28,04% e la ritenzione del 90% dopo 625 ore ISOS-L-1. Sono i due numeri che diranno se il tandem perovskite–organico uscirà dal laboratorio prima della fine del decennio.