Produrre celle solari in perovskite su superfici grandi è più difficile che realizzare piccoli dispositivi da laboratorio. Un nuovo studio propone una soluzione: usare additivi combinati per controllare meglio la formazione del film durante il rivestimento continuo.
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La ricerca, condotta da un gruppo guidato da Yang Dong presso il Dalian Institute of Chemical Physics in collaborazione con la Dalian Jiaotong University, riguarda celle in perovskite prive di metilammonio. Il lavoro è stato pubblicato nel 2026 sulla rivista Advanced Materials. Il risultato è interessante perché affronta uno dei passaggi più delicati verso pannelli fotovoltaici prodotti su scala maggiore: ottenere uno strato uniforme, efficiente e stabile senza affidarsi soltanto alla deposizione a goccia tipica dei test di laboratorio.
Perché le grandi superfici complicano il processo
Le perovskiti sono materiali semiconduttori capaci di assorbire efficacemente la luce. La loro struttura può essere descritta, in modo semplificato, come un reticolo formato da ioni organici e inorganici. Cambiando la composizione è possibile regolare proprietà ottiche ed elettroniche, ma anche la stabilità del dispositivo.
Su una piccola area è relativamente semplice distribuire una soluzione e correggere eventuali difetti. Quando la superficie cresce, invece, diventano cruciali l’evaporazione del solvente, la velocità di cristallizzazione, la bagnabilità del substrato e la distribuzione degli ingredienti. Piccole variazioni possono creare zone con cristalli troppo grandi, pori, residui di solvente o difetti che favoriscono la ricombinazione delle cariche.
Il rivestimento a fessura, noto come slot-die coating, deposita la soluzione attraverso una testa dotata di una sottile apertura mentre il substrato scorre sotto di essa. È un metodo compatibile con processi continui e con supporti di grandi dimensioni, ma richiede un controllo molto preciso dell’inchiostro e dell’essiccamento.
Che cosa significa usare additivi sinergici
Gli additivi sono sostanze aggiunte in piccole quantità alla soluzione precursore. Possono modificare la velocità con cui si formano i cristalli, interagire con gli ioni del materiale o ridurre alcuni difetti ai bordi dei grani. L’idea dello studio non è affidare il processo a un singolo composto, ma combinare sostanze con funzioni differenti e complementari.
In una strategia di questo tipo, un additivo può rallentare o rendere più ordinata la nucleazione, cioè la nascita dei primi cristalli, mentre un altro può favorire la crescita del reticolo o passivare difetti elettronici. Il termine “sinergia” deve però essere interpretato con cautela: non significa automaticamente che la miscela produca un effetto superiore in ogni condizione. L’effetto dipende da concentrazione, solvente, temperatura, umidità e velocità di deposizione.
Secondo gli autori, la combinazione studiata aiuta a rendere più omogeneo il film di perovskite senza metilammonio ottenuto con rivestimento a fessura. L’intervento mira quindi non soltanto all’efficienza della singola cella, ma alla riproducibilità del rivestimento su aree più estese.
Perché eliminare il metilammonio
Il metilammonio è stato usato in molte formulazioni di perovskiti, ma può contribuire a problemi di stabilità termica e chimica. In condizioni di calore, luce intensa o campo elettrico, alcuni materiali contenenti questo ione possono modificare la propria composizione o perdere prestazioni.
Le formulazioni prive di metilammonio, spesso basate su combinazioni di cesio e formamidinio insieme a piombo e alogeni, sono studiate per migliorare la stabilità del dispositivo. Tuttavia, rimuovere un componente non rende automaticamente il materiale più facile da produrre. La cristallizzazione può diventare più sensibile e la finestra di processo può restringersi.
Per questo il controllo della formazione del film è particolarmente importante. Un materiale potenzialmente più stabile deve anche essere depositato in modo uniforme, incapsulato correttamente e sottoposto a cicli realistici di luce, temperatura e umidità.
Dalla cella di laboratorio al pannello
Il passaggio a superfici ampie non consiste semplicemente nel moltiplicare le dimensioni di una cella. Aumentano le probabilità di difetti locali e diventano più importanti i collegamenti tra celle, gli strati di trasporto delle cariche, gli elettrodi e l’incapsulamento.
Un film uniforme può ridurre le perdite dovute a zone poco assorbenti o elettricamente isolate. Può inoltre facilitare il controllo della qualità durante la produzione. Questo è uno dei motivi per cui tecniche di deposizione continue sono considerate interessanti per il fotovoltaico flessibile, per moduli leggeri e per dispositivi integrabili negli edifici.
La perovskite potrebbe anche essere sovrapposta al silicio in celle tandem. In questa configurazione i due materiali assorbono porzioni diverse dello spettro solare e, in teoria, possono superare le prestazioni di una cella singola. Il vantaggio, però, dipende da uniformità, durata e costi di fabbricazione. La ricerca sulle celle tandem è collegata al più ampio sviluppo dell’energia solare, descritto anche nell’approfondimento sui nuovi pannelli solari della Stazione Spaziale Internazionale.
Il limite principale: la durata nel mondo reale
Un miglioramento del film non equivale ancora a un prodotto commerciale pronto. Per valutare davvero una tecnologia servono moduli di dimensioni rilevanti, molti campioni indipendenti e prove di stabilità condotte secondo protocolli confrontabili.
Le prestazioni iniziali possono diminuire per effetto di calore, umidità, luce ultravioletta, tensione elettrica e migrazione degli ioni. Anche gli strati adiacenti e il materiale di incapsulamento possono determinare la durata complessiva. Inoltre, la presenza di piombo richiede sistemi affidabili per evitare dispersioni durante produzione, uso e fine vita.
Le perovskiti restano quindi una tecnologia promettente ma ancora in evoluzione. Le valutazioni dovrebbero considerare efficienza, durata, rendimento energetico del processo, disponibilità dei materiali e gestione dei rifiuti. Informazioni generali sulla classificazione e sulla nomenclatura dei materiali possono essere consultate presso la IUPAC, mentre il contesto internazionale sulle tecnologie energetiche è disponibile sul portale dell’Unione europea.
Il valore dello studio sta soprattutto nell’aver affrontato un problema pratico: non basta ottenere buone prestazioni su una piccola cella, bisogna controllare la chimica mentre il materiale viene depositato su superfici estese. Gli additivi combinati possono ampliare la finestra di processo, ma il loro contributo dovrà essere verificato con produzioni pilota, test di lunga durata e confronti indipendenti.
