Un gruppo di ricercatori giapponesi dice di aver trovato una pista concreta per arrivare a pannelli solari più efficienti, più stabili e meno inclini a disperdere energia sotto forma di calore. Il risultato, per ora fermo al laboratorio, ruota attorno a un nuovo materiale “spin-flip” a base di molibdeno che, nelle prove sperimentali, ha spinto la resa quantica oltre il 100%, fino a circa il 130%.
Oltre i limiti dei pannelli di oggi
Lo studio, firmato dalla Kyushu University insieme alla Johannes Gutenberg University di Magonza e pubblicato sul Journal of the American Chemical Society, affronta uno dei nodi più noti del fotovoltaico: una parte dell’energia della luce solare si perde prima di diventare elettricità utile. I pannelli tradizionali, infatti, si muovono dentro un tetto teorico ben conosciuto, il limite di Shockley-Queisser. In parole semplici, alcuni fotoni arrivano con troppo poca energia per attivare il materiale, altri ne portano troppa e l’eccesso se ne va in calore. È qui che entra in scena la singlet fission, il meccanismo studiato dal team giapponese: un processo che permette a una singola eccitazione luminosa di generarne due più piccole, aumentando così i portatori di energia disponibili. L’idea, in realtà, non è nuova. Il punto era riuscire a raccogliere questa energia in più prima che andasse dispersa.
Il materiale spin-flip e quel 130% da non fraintendere
Per provare a sciogliere questo nodo, i ricercatori hanno usato un emettitore spin-flip nel vicino infrarosso, basato sul molibdeno, pensato per intercettare in modo selettivo gli stati energetici di tripletto prodotti dalla singlet fission. Il passaggio decisivo, spiegano gli autori, è evitare che l’energia venga sottratta da altri meccanismi di trasferimento, come il FRET, che la deviano prima che possa essere impiegata. Nei test condotti in soluzione con materiali a base di tetracene, il sistema ha raggiunto una resa quantica tra poco più del 110% e circa il 130%. Un numero che può sembrare sorprendente, ma che va letto nel modo giusto: non vuol dire che un pannello produca più energia di quella che riceve dal sole. Vuol dire, piuttosto, che per ogni fotone assorbito si riescono a generare più portatori di energia rispetto a quanto accade di solito. Un passaggio che, se un giorno sarà trasferito in celle vere, potrebbe tradursi in dispositivi più efficienti. Ma la prudenza resta d’obbligo: oggi non esiste ancora un pannello commerciale basato su questa tecnologia, perché i risultati sono stati ottenuti solo in ambiente sperimentale e non in sistemi solidi pronti per l’industria.
Cosa può cambiare davvero per il fotovoltaico
Se questa linea di ricerca dovesse funzionare anche nei materiali solidi, le ricadute potrebbero essere importanti. Pannelli capaci di trasformare meglio la luce in elettricità, e di perdere meno energia in calore, vorrebbero dire moduli potenzialmente più efficienti, più longevi e forse più adatti anche dove il surriscaldamento taglia le prestazioni. Per chi li usa, il vantaggio sarebbe facile da capire: più produzione a parità di superficie installata. In altre parole, tetti e impianti in grado di rendere di più senza occupare altro spazio. Non solo. Gli stessi ricercatori indicano possibili applicazioni anche nei display OLED e nei sistemi di illuminazione, dove il controllo degli eccitoni pesa già molto su qualità e consumi. I tempi, comunque, non saranno brevi: passare dalla chimica in soluzione a dispositivi robusti, economici e adatti alla produzione richiede anni. Però il segnale è chiaro: l’innovazione nel solare non passa soltanto da batterie migliori o da nuovi impianti, ma anche da materiali sempre più sofisticati, capaci di tirare fuori dalla luce una quota di energia che finora andava semplicemente persa.
