Celle solari flessibili e ultraleggere: nuovo record di efficienza al 23,64%

Il Korea Institute of Energy Research (KIER) ha raggiunto un importante traguardo nel settore delle energie rinnovabili, sviluppando celle solari tandem perovskite/CIGS flessibili e ultraleggere con un’efficienza di conversione energetica del 23,64%. Si tratta del valore più alto mai registrato per questo tipo di tecnologia, aprendo scenari promettenti per applicazioni su superfici curve come facciate...

Apr 27, 2025 - 14:57

Celle solari flessibili e ultraleggere: nuovo record di efficienza al 23,64%

Il Korea Institute of Energy Research (KIER) ha raggiunto un importante traguardo nel settore delle energie rinnovabili, sviluppando celle solari tandem perovskite/CIGS flessibili e ultraleggere con un’efficienza di conversione energetica del 23,64%. Si tratta del valore più alto mai registrato per questo tipo di tecnologia, aprendo scenari promettenti per applicazioni su superfici curve come facciate di edifici, veicoli, droni e aerei.

Attualmente, la produzione di energia solare si affida prevalentemente a celle solari a giunzione singola in silicio cristallino, apprezzate per i costi contenuti e la facilità di produzione su larga scala. Tuttavia, questo tipo di celle si sta avvicinando al proprio limite teorico di efficienza, spingendo la ricerca verso celle solari tandem, che uniscono il silicio con materiali come la perovskite, al fine di incrementare le prestazioni.

Le celle tandem perovskite/silicio hanno già raggiunto un’efficienza di 34,6%, ma sono pesanti e fragili, poco adatte a settori dove la leggerezza e la flessibilità sono fondamentali, come l’automotive, l’aerospaziale o i satelliti. Per questo motivo, l’interesse si sta spostando verso soluzioni sottili e flessibili, in particolare verso le celle tandem perovskite/CIGS, che combinano materiali leggeri e adattabili.

Nuovo processo lift-off: più stabilità, meno difetti e prestazioni record

celle perovskite kier

Uno dei principali ostacoli alla commercializzazione delle celle tandem flessibili era la complessità di produzione e la bassa efficienza rispetto alle celle tandem in silicio. Per superare questi limiti, il team del KIER ha messo a punto un innovativo processo di distacco (lift-off). Questo metodo prevede la deposizione di uno strato di poliimmide su un substrato in vetro, sul quale viene costruita la cella tandem. Successivamente, la struttura viene separata dal vetro, ottenendo un modulo flessibile.

A differenza delle tecniche tradizionali che usano direttamente film in poliimmide flessibile, questo approccio utilizza il vetro rigido come base temporanea, permettendo una deposizione più uniforme e stabile degli strati. Il risultato è una maggiore riproducibilità e una prestazione superiore del dispositivo finito.

In parallelo, il gruppo di ricerca ha affrontato anche il problema dei difetti nella struttura assorbente in CIGS. Durante la fabbricazione, infatti, il potassio proveniente dal vetro tende a diffondere nel materiale, creando difetti che ostacolano il trasporto di carica e riducono l’efficienza complessiva.

Attraverso simulazioni computazionali, i ricercatori hanno scoperto che lo strato di poliimmide riesce a limitare efficacemente la diffusione del potassio, contribuendo a migliorare le prestazioni finali. Grazie a questo doppio intervento, le celle solari tandem perovskite/CIGS hanno raggiunto un’efficienza record del 23,64%, superando nettamente il precedente record di 18,1%.

La nuova tecnologia non è solo efficiente, ma anche estremamente resistente: dopo 100.000 cicli di piegatura, i moduli hanno mantenuto il 97,7% dell’efficienza iniziale, dimostrando un’eccellente durabilità meccanica.

Secondo il dott. Inyoung Jeong, che ha guidato il progetto:

Questa ricerca rappresenta un passaggio chiave verso lo sviluppo commerciale di celle solari di nuova generazione, capaci di combinare alta efficienza, flessibilità e leggerezza. L’obiettivo futuro è arrivare al 30% di efficienza.

Anche il dott. Kihwan Kim, responsabile del progetto, ha sottolineato che il rapporto potenza/peso di queste nuove celle è circa 10 volte superiore rispetto a quelle in perovskite/silicio, rendendole particolarmente adatte per applicazioni che richiedono moduli ultraleggeri, come rivestimenti esterni di edifici, veicoli e strutture aerospaziali.

Infine, il team punta a scalare la produzione su larga scala e migliorare ulteriormente la stabilità dei dispositivi, contribuendo così in maniera decisiva alla diffusione dell’energia rinnovabile a livello globale.

Le celle tandem nel mondo: una corsa globale verso l’efficienza e la sostenibilità

Le recenti innovazioni nelle celle solari tandem perovskite/CIGS si inseriscono in un contesto internazionale in rapida evoluzione, dove università e centri di ricerca stanno sperimentando soluzioni avanzate per migliorare efficienza, durabilità e sostenibilità ambientale.

In Cina, l’Università Politecnica del Nord-Ovest di Xi’an ha realizzato una cella tandem perovskite-silicio semi-trasparente a quattro terminali, integrata con un rivestimento in ossido di indio (In₂O₃). Questo strato protettivo non solo potenzia le prestazioni, ma rende l’intero processo produttivo più ecologico, grazie a una tecnica di deposizione priva di solventi e a basso costo.

A Taiwan, l’Academia Sinica, uno degli istituti di ricerca più autorevoli dell’Asia, ha raggiunto un’efficienza del 31,5% con una cella tandem perovskite-silicio a due terminali. Gli scienziati sono già al lavoro su una nuova generazione di dispositivi, concentrandosi su produzione su larga scala, ampliamento della superficie attiva e ottimizzazione della stabilità operativa, tutti aspetti fondamentali per una futura commercializzazione.

Sul fronte industriale, l’azienda cinese LONGi detiene attualmente il record mondiale di efficienza per celle tandem perovskite-silicio, con un incredibile 34,6% ottenuto nel 2023. Subito dopo, si colloca la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita, con un prototipo da 33,7% di efficienza.

Secondo i ricercatori del rinomato Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) in Germania, il limite teorico di questa tecnologia potrebbe addirittura superare il 39,5%. Tuttavia, per raggiungere questo obiettivo ambizioso sarà necessario ripensare i materiali chiave utilizzati oggi: tra questi, il fullerene (C60) per il trasporto degli elettroni e l’ossido di indio-stagno (ITO), che andrebbe sostituito per aumentare la trasparenza ottica e ridurre i costi.

La corsa verso celle solari tandem sempre più performanti è quindi globale, e il record coreano del 23,64% rappresenta un passo cruciale verso un futuro energetico più sostenibile, efficiente e tecnologicamente avanzato.

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