Un gruppo di ricerca dell'Università di Friburgo e del Fraunhofer ISE ha realizzato la prima cella solare tandem perovskite-silicio prodotta interamente senza solventi, sostituendo il tradizionale processo di deposizione in soluzione con l'evaporazione fisica in fase da vapore. Il risultato, pubblicato il 27 agosto 2026 sulla rivista Joule, affronta uno dei colli di bottiglia più citati quando si parla di portare le celle tandem dal laboratorio alla linea produttiva su grande scala: la tossicità e la difficile riproducibilità dei solventi chimici oggi impiegati per depositare lo strato di perovskite.
TRL 3-4 — Ricerca sperimentale avanzata: dimostrazione di concetto validata su cella singola in laboratorio, non ancora su moduli o linee pilota
Impatto potenziale: medio-alto
Il problema dei solventi nel fotovoltaico tandem
Le celle solari tandem perovskite-silicio sono considerate da anni la strada più promettente per superare il limite teorico di efficienza del silicio cristallino, circa il 29%: sovrapponendo alla cella di silicio uno strato di perovskite che assorbe la parte di spettro solare che il silicio lascia passare, si possono raggiungere efficienze superiori al 30%, come dimostrato dagli stessi record di Fraunhofer ISE e da produttori come Oxford PV e Tandem PV nel corso del 2026. Il problema è che, finora, lo strato di perovskite viene quasi sempre depositato sciogliendo i suoi precursori (sali di piombo, ioduri organici) in solventi organici, spesso tossici o dannosi per l'ambiente. Questo approccio pone tre ostacoli concreti all'industrializzazione: la solubilità non sempre compatibile dei materiali di partenza, la loro tossicità, e la difficoltà di rendere omogenei e compatibili tra loro i vari passaggi di processo su superfici sempre più grandi.
Come funziona il processo tutto a secco
Il team guidato da Mohamed A. A. Mahmoud e dalla ricercatrice Juliane Borchert, a capo del gruppo di ricerca INATECH sui materiali otto-elettronici a film sottile, ha sostituito i solventi con la deposizione fisica da vapore (PVD), applicando un'evaporazione termica sequenziale di quattro strati distinti — bromuro di piombo, ioduro di piombo, ioduro di formamidinio e ioduro di cesio — direttamente sopra una cella di silicio a eterogiunzione. La sequenzialità è la chiave tecnica dell'innovazione: nei tentativi precedenti di co-evaporazione, in cui più materiali vengono fatti evaporare simultaneamente, occorre allineare con precisione le diverse velocità di deposizione, un equilibrio difficile da mantenere su scala industriale. Depositando gli strati uno alla volta, invece, i precursori della perovskite si mescolano durante o dopo la deposizione, un processo più rapido e più facilmente trasferibile a linee produttive ad alto rendimento.
Per capire come si forma il cristallo di perovskite strato dopo strato, i ricercatori hanno monitorato il processo con la diffrazione di raggi X in situ, sia durante l'evaporazione sia durante il successivo trattamento termico (annealing). Un risultato inatteso riguarda la superficie del silicio sottostante: i substrati di silicio testurizzati (con la tipica struttura piramidale usata per intrappolare la luce) convertono i sali di piombo in perovskite in modo più completo rispetto alle superfici piane, perché lo ioduro di formamidinio riesce a penetrare più in profondità nella struttura porosa che si forma sulla texture. È un dettaglio tutt'altro che secondario, perché le celle tandem reali utilizzano quasi sempre silicio testurizzato per massimizzare l'assorbimento della luce.
La cella: struttura e numeri
Lo strato assorbitore è una perovskite a band gap largo con composizione (Cs,FA)Pb(I,Br)3, protetta da uno strato di passivazione a base di ioduro di etilendiammonio anch'esso depositato per evaporazione. Sopra si trovano uno strato di trasporto degli elettroni in C60 evaporato (15 nanometri), ossido di stagno depositato per deposizione a strato atomico (20 nanometri), ossido di indio-stagno (ITO) spruzzato e contatti in argento e fluoruro di magnesio. Il dispositivo così ottenuto ha raggiunto un'efficienza di conversione di picco del 27,3%, con un'efficienza stabilizzata del 27,0% e una tensione a circuito aperto di circa 1.900 mV. Sul fronte della durata, la cella ha mantenuto il 97,06% della sua efficienza iniziale dopo 6.800 ore di stoccaggio al buio, un dato incoraggiante anche se, come per ogni test di laboratorio, non equivale ancora a una prova di campo in condizioni reali di esercizio (cicli termici, umidità, irraggiamento UV prolungato).
Va precisato che il 27,3% è più basso dei record assoluti per celle tandem perovskite-silicio realizzate con metodi convenzionali, che nel 2026 hanno superato il 34% a livello di modulo e sfiorato il 30-31% su cella con processi ibridi (in parte in soluzione, in parte evaporati). Il valore del lavoro pubblicato su Joule non sta quindi nel record assoluto di efficienza, ma nell'aver dimostrato che un processo interamente a secco, potenzialmente molto più semplice da scalare industrialmente, può comunque avvicinarsi alle prestazioni dei processi convenzionali.
Perché conta per l'industrializzazione
"Siamo riusciti a eliminare tutti i solventi dal processo di produzione della cella superiore in perovskite a band gap largo", ha dichiarato Mahmoud, mentre Borchert ha sottolineato che "le celle solari tandem perovskite-silicio hanno un grande potenziale per diventare la prossima generazione di celle solari ad alta efficienza". Il tema della scalabilità industriale è oggi centrale per l'intero settore: aziende come Oxford PV, Tandem PV, Qcells, LONGi e Microquanta hanno annunciato nel corso del 2026 le prime linee di produzione commerciale o semi-commerciale per moduli tandem perovskite-silicio, ma i processi di deposizione in soluzione restano complessi da controllare su grandi superfici e comportano la gestione di solventi tossici in ambiente industriale, con relativi costi di sicurezza, smaltimento e conformità normativa. Un processo di deposizione interamente a secco, compatibile con tecniche di evaporazione già mature nell'elettronica dei semiconduttori, potrebbe in prospettiva semplificare questo passaggio, pur richiedendo ancora ottimizzazione per raggiungere le efficienze più alte oggi ottenute con metodi ibridi.
La ricerca è frutto di una collaborazione internazionale che ha coinvolto, oltre a Friburgo e Fraunhofer ISE, la Martin Luther University di Halle-Wittenberg in Germania, l'Universidad Pablo de Olavide in Spagna, la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Arabia Saudita e il centro di ricerca ODTÜ-GÜNAM in Turchia, a conferma di quanto il tema della produzione scalabile delle celle tandem sia oggi al centro dell'agenda fotovoltaica internazionale.
Perché interessa il settore
Il fotovoltaico tandem perovskite-silicio è probabilmente la tecnologia di generazione elettrica con il rapporto più favorevole tra maturità della ricerca e potenziale impatto a breve-medio termine: potrebbe permettere di produrre più energia sulla stessa superficie di tetto o di terreno rispetto ai moduli al silicio oggi in commercio, riducendo il costo per watt installato. Il nodo non è tanto dimostrare efficienze record in laboratorio — obiettivo già raggiunto da tempo — quanto trovare processi di fabbricazione compatibili con volumi industriali, rese produttive elevate e costi contenuti. Un metodo di deposizione interamente a secco, se confermato su celle di area maggiore e poi su moduli, toglierebbe dal tavolo uno dei problemi di scala-up più citati dagli operatori del settore: la gestione dei solventi. Resta da vedere se l'approccio evaporativo riuscirà, negli anni a venire, ad avvicinare o superare le efficienze oggi raggiunte con la deposizione in soluzione: è il passaggio successivo che il gruppo di Friburgo indica come base per l'ottimizzazione futura e la possibile implementazione industriale.
Fonte: Fraunhofer ISE, "A New Milestone for Photovoltaics: Solvent-Free Tandem Solar Cells", con dati tecnici aggiuntivi da Perovskite-Info, "First fully solvent-free perovskite-silicon tandem solar cell reaches 27.3%" e dallo studio pubblicato su Joule, "Impact of silicon substrate topography on sequentially evaporated perovskite-silicon tandem solar cells".
