Da anni cercavano una soluzione per migliorare le pannelle solari, e consisteva semplicemente nel sostituire un atomo in questo materiale
17/09/2026 12:00
Aggiornato a
17/09/2026 12:00
Da anni la tecnologia fotovoltaica cerca alternative al silicio tradizionale per migliorare l’efficienza nella cattura dell’energia solare. In questa ricerca la perovskita è emersa come il materiale promettente del XXI secolo, anche se presenta un grave problema: la sua dipendenza dal piombo o, in assenza di quest’ultimo, un’estrema instabilità a contatto con l’aria e l’umidità.
Un team di scienziati dell’Università del Wisconsin-Madison è riuscito a risolvere questo problema senza ricorrere a macchinari complessi né a nuovi composti sintetici. La soluzione ha consistito nel sostituire un singolo atomo all’interno della struttura molecolare della perovskita di stagno. Un piccolo cambiamento che promette di accelerare l’implementazione di impianti solari più puliti, efficienti e duraturi.
La sfida di eliminare il piombo nelle celle a perovskita
La perovskita è un materiale ibrido che combina componenti organici e inorganici in una struttura cristallina molto efficace per catturare la luce solare e convertirla in elettricità. Tuttavia, le versioni ad alte prestazioni utilizzano il piombo, un metallo pesante tossico che solleva gravi preoccupazioni riguardo all’impatto ambientale e alla sostenibilità al termine della vita utile dei pannelli.
Per evitare l’uso del piombo, l’industria ha concentrato la sua attenzione sulle perovskiti di stagno. Sebbene lo stagno sia un’alternativa ecologica e chimicamente simile, la sua rapida ossidazione a contatto con le condizioni ambientali quotidiane rappresentava un problema significativo. Non appena il materiale entrava in contatto con l’ossigeno o l’umidità dell’aria, la sua struttura si degradava in poche ore, perdendo quasi completamente la capacità di generare corrente.
Sostituire un solo atomo per proteggere la struttura
Di fronte alla tendenza abituale di applicare strati protettivi esterni o sigillanti complessi attorno alle cellule, il gruppo di ricerca ha affrontato il problema partendo dalla microarchitettura dello stesso composto. L’intervento non ha richiesto la sintesi di un materiale nuovo, bensì la sostituzione di un atomo di fluoro con uno di cloro nella molecola organica che sostiene la rete cristallina della perovskita.
Questa modifica ha alterato il modo in cui i cristalli si assemblano tra loro. Con l’aggiunta di cloro, hanno assunto una disposizione molto più compatta e ordinata, eliminando i vuoti microscopici attraverso cui in precedenza penetravano aria e umidità. Di conseguenza, la struttura stessa del materiale ha iniziato a funzionare come una barriera naturale contro gli agenti esterni, senza compromettere il trasporto degli elettroni.
Efficienza e stabilità eccezionali
I risultati del cambiamento a livello atomico sono significativi per lo sviluppo dell’energia solare di terza generazione. Le cellule sviluppate hanno raggiunto un’efficienza di conversione del 16,2 %, una cifra importante per i dispositivi basati su stagno privo di piombo.
Oltre al valore di potenza istantanea, l’aspetto fondamentale è la durata che queste celle riescono a raggiungere. Durante i test in laboratorio in aria secca, i dispositivi hanno mantenuto oltre il 95 % della loro prestazione iniziale dopo 1.600 ore di esposizione, equivalenti a circa 67 giorni. In condizioni continue di stress operativo, con illuminazione solare simulata e aumento della temperatura fino a 55 °C, il materiale ha conservato circa l’80 % della sua capacità dopo 1.000 ore di funzionamento ininterrotto.
Miglioramenti nella stabilità delle perovskiti senza piombo aprono nuove possibilità di applicazione diretta nel settore delle energie rinnovabili. La realizzazione di pannelli solari più stabili, efficienti e privi di metalli pesanti facilita un’integrazione più sostenibile in infrastrutture per la ricarica, sui tetti residenziali e persino sulla carrozzeria delle auto elettriche.