Un'équipe cinese guidata dalla Soochow University, in collaborazione con il LONGi Central R&D Institute — il centro ricerca del maggiore produttore mondiale di pannelli fotovoltaici — ha sviluppato una nuova architettura di interfaccia per le celle solari tandem perovskite-silicio, capace di portare l'efficienza di conversione al 34,0% in laboratorio (33,5% certificato in modo indipendente) insieme a un record di tensione a circuito aperto di 2,014 volt, tra i valori più alti mai misurati per questa tecnologia. Il risultato, pubblicato il 18 settembre 2026 sulla rivista Science Bulletin, affronta uno dei nodi tecnici più insidiosi del fotovoltaico tandem: il compromesso tra la riduzione dei difetti all'interfaccia e la capacità di estrarre efficacemente la carica elettrica generata.
TRL 3-4 — Ricerca sperimentale avanzata: cella di piccola area validata in laboratorio con certificazione indipendente delle prestazioni, non ancora su moduli o linee pilota
Impatto potenziale: alto
Il problema: passivare i difetti senza bloccare il trasporto di carica
Nelle celle solari tandem perovskite-silicio, l'interfaccia tra lo strato di ossido conduttivo trasparente (TCO) e il materiale che raccoglie le cariche positive è uno dei punti più critici del dispositivo: è qui che si concentrano i difetti superficiali responsabili della ricombinazione non-radiativa, cioè della perdita di elettroni e lacune che si annullano a vicenda invece di generare corrente utile. Per anni i gruppi di ricerca hanno affrontato il problema con strati di passivazione chimica, in grado di "riparare" questi difetti ma con un effetto collaterale non banale: più lo strato di passivazione è efficace nel bloccare la ricombinazione, più tende anche a rallentare l'estrazione della carica verso il circuito esterno, limitando la corrente e quindi l'efficienza complessiva. È esattamente il compromesso che il team di Soochow University, guidato dai professori Jiang Liu e Xiaohong Zhang insieme al ricercatore Hongbo Mo, ha cercato di superare con un approccio strutturale anziché puramente chimico.
Come funziona il "ponteggio" di nanoparticelle di zirconia
La soluzione proposta consiste nell'inserire, tra l'ossido conduttivo trasparente e il monostrato molecolare autoassemblato (SAM) che ricopre la superficie, un sottilissimo strato di nanoparticelle discrete di zirconia monoclinica (ZrO₂), disposte in modo da formare quello che i ricercatori descrivono come un vero e proprio "ponteggio" (scaffold) su scala nanometrica. Questa architettura svolge due funzioni distinte e complementari. Da un lato, modifica l'energia superficiale del substrato, favorendo una crescita più uniforme del cristallo di perovskite, con grani di dimensioni maggiori e film privi di vuoti o discontinuità — un requisito chiave per limitare le vie di fuga della corrente di perdita. Dall'altro, le nanoparticelle creano contatti localizzati su scala nanometrica che offrono una "passivazione a effetto di campo": la zirconia, grazie alla sua elevata costante dielettrica, scherma le fluttuazioni elettriche e impedisce l'accumulo di carica ai bordi dei grani, mentre la formazione di legami chimici Zr–O–P crea quella che il team chiama una "rete di doppio ancoraggio" che stabilizza l'interfaccia. Il punto cruciale è che, a differenza degli strati di passivazione continui, questa struttura discreta lascia comunque percorsi esposti attraverso cui le cariche possono muoversi liberamente verso il circuito esterno: la passivazione dei difetti e il trasporto di carica, invece di ostacolarsi a vicenda, vengono così disaccoppiati.
I numeri del record: efficienza, tensione e durata
Sul dispositivo realizzato dal team sino-industriale sono state misurate una densità di corrente di 20,36 mA/cm² e un fattore di riempimento dell'83,62%, valori che combinati con la tensione record di 2,014 V portano l'efficienza di conversione al 34,0% in condizioni di laboratorio, scesa lievemente al 33,5% nella certificazione indipendente in regime stazionario — la misura considerata più rigorosa perché verificata da un laboratorio terzo e non dagli stessi autori dello studio. Il dato sulla tensione merita un chiarimento: nelle celle tandem, buona parte dell'energia teoricamente disponibile va perduta proprio nel passaggio tra i materiali alle diverse interfacce, per cui avvicinarsi al limite teorico della tensione a circuito aperto è un indicatore diretto di quanto efficacemente un'architettura riesca a contenere queste perdite. Sul fronte della durata, le celle incapsulate hanno mantenuto l'84% dell'efficienza iniziale dopo 2.000 ore di funzionamento continuo sotto illuminazione solare simulata a temperatura ambiente: un test che non equivale ancora alle migliaia di ore di esposizione in condizioni climatiche reali richieste per una certificazione di prodotto, ma che fornisce un primo segnale incoraggiante sulla stabilità nel tempo di un'architettura basata su nanoparticelle anziché su un film di passivazione omogeneo.
Il peso della collaborazione con LONGi
Rispetto a molti risultati di ricerca puramente accademici sul fotovoltaico tandem, questo studio ha un elemento distintivo: la partecipazione diretta del LONGi Central R&D Institute, braccio di ricerca e sviluppo di LONGi Green Energy, che negli ultimi anni ha più volte rivendicato record mondiali di efficienza per celle tandem perovskite-silicio (fino al 34,85% in altri annunci del 2026) e che è già impegnata nello scale-up industriale di questa tecnologia. Tra gli autori figura infatti anche il ricercatore LONGi Bo He, accanto ai primi autori dello studio Huimin Zhang e Qingshui Zheng. Come hanno sintetizzato gli autori nelle conclusioni pubblicate: "questo design dell'interfaccia su scala nanometrica fornisce una strategia pratica per sviluppare celle solari tandem perovskite-silicio più efficienti e durevoli". La presenza di un partner industriale con capacità produttiva reale non garantisce di per sé un trasferimento rapido dal laboratorio alla linea di produzione, ma riduce la distanza tipica tra un risultato accademico e la sua eventuale validazione su celle di area maggiore e poi su moduli commerciali.
Perché interessa il settore
Il fotovoltaico tandem perovskite-silicio resta la strada più credibile per superare il limite teorico di efficienza del silicio cristallino, attorno al 29%, ed è già oggetto di investimenti industriali concreti da parte di produttori come LONGi, Oxford PV, Qcells e altri, come raccontato anche a proposito del processo di deposizione senza solventi sviluppato da Fraunhofer ISE e Università di Friburgo. Se in quel caso il nodo affrontato era la scalabilità del processo produttivo, il lavoro di Soochow University e LONGi si concentra su un problema complementare e altrettanto centrale: come ridurre le perdite energetiche all'interfaccia senza sacrificare il trasporto di carica, un compromesso che ha frenato per anni i progressi di efficienza in questa famiglia di dispositivi. Un design interfacciale così mirato, se confermato su celle di area maggiore e con test di stabilità prolungati in condizioni climatiche reali, potrebbe diventare uno degli ingredienti tecnici che permettono ai moduli tandem commerciali di avvicinarsi ai valori di efficienza oggi raggiunti solo su celle di laboratorio di pochi centimetri quadrati. Resta da vedere, come per ogni risultato di questo tipo, se l'approccio a nanoparticelle discrete si dimostrerà compatibile con i processi di produzione ad alto volume e se manterrà le sue prestazioni oltre le 2.000 ore già testate: sono i due passaggi che separano oggi un record di laboratorio da una tecnologia pronta per il mercato.
Fonte: EurekAlert!, "Nano-scaffold breakthrough pushes perovskite/silicon tandem solar cells to 34% efficiency with record voltage of 2.014V", con approfondimenti tecnici da Interesting Engineering, "Perovskite-silicon solar cell hits 34% efficiency, record-level voltage" e dallo studio pubblicato su Science Bulletin.
