Celle solari oltre il 100% di efficienza: la svolta che sembrava impossibile
Una scoperta che riguarda le celle solari sta facendo parlare parecchio la comunità scientifica, e il motivo è presto detto: un gruppo di ricercatori è riuscito a ottenere un’efficienza energetica del 130%, superando quello che per decenni è stato considerato un muro invalicabile. Sembra un controsenso, vero? Produrre più energia di quanta ne arrivi. Eppure il meccanismo esiste, funziona, ed è stato appena dimostrato in laboratorio.
La ricerca, pubblicata il 25 marzo 2026 sul Journal of the American Chemical Society, porta la firma di scienziati della Kyushu University in Giappone e della Johannes Gutenberg University di Magonza, in Germania. Al centro di tutto c’è un complesso molecolare a base di molibdeno, definito emettitore “spin flip”, capace di catturare e moltiplicare l’energia proveniente dalla luce solare attraverso un processo chiamato singlet fission. In pratica, da un singolo fotone assorbito si ottengono circa 1,3 portatori di energia. Più di uno per uno. È qui che nasce quel 130%.
Perché le celle solari tradizionali sprecano tanta energia
Per capire la portata di questa scoperta, vale la pena fare un passo indietro. Le celle solari convenzionali funzionano così: i fotoni della luce colpiscono un semiconduttore e trasferiscono energia agli elettroni, generando corrente elettrica. Il problema è che non tutti i fotoni sono uguali. Quelli infrarossi hanno troppo poca energia per attivare gli elettroni, mentre quelli ad alta energia, come la luce blu, perdono il surplus sotto forma di calore. Il risultato? Solo circa un terzo della luce solare viene effettivamente utilizzato. Questa barriera ha un nome preciso: limite di Shockley Queisser, e da decenni rappresenta il grande ostacolo per chi lavora nel fotovoltaico.
Yoichi Sasaki, professore associato alla Kyushu University, spiega che esistono due strategie principali per aggirare questo limite. Una consiste nel convertire i fotoni infrarossi in fotoni visibili a maggiore energia. L’altra, quella esplorata in questo studio, sfrutta la singlet fission per generare due eccitoni da uno solo. Normalmente ogni fotone produce un singolo eccitone. Con la singlet fission, quell’eccitone si divide in due eccitoni a energia inferiore, raddoppiando potenzialmente l’energia disponibile.
Il trucco del molibdeno e la collaborazione internazionale
Il vero nodo, fino a oggi, era catturare quegli eccitoni moltiplicati senza che venissero “rubati” da un meccanismo chiamato trasferimento di energia per risonanza di Förster (FRET). Sasaki lo dice chiaramente: serviva un accettore di energia capace di intercettare selettivamente gli eccitoni tripletto dopo la fissione, ignorando quelli che ancora non si erano moltiplicati.
La soluzione è arrivata proprio dal complesso a base di molibdeno. In questo sistema, un elettrone cambia il proprio spin durante l’assorbimento o l’emissione di luce nel vicino infrarosso, permettendo di catturare con precisione l’energia tripletto generata dalla singlet fission. Regolando con cura i livelli energetici, il team ha ridotto al minimo le perdite e dimostrato che il sistema funziona.
Adrian Sauer, dottorando della JGU in visita alla Kyushu University, ha avuto un ruolo chiave nel portare all’attenzione del gruppo un materiale studiato a lungo in Germania. Quando questo è stato combinato con materiali a base di tetracene in soluzione, i risultati hanno confermato rese quantiche di circa il 130%.
Ovviamente, si tratta ancora di una dimostrazione di principio. Il prossimo passo sarà integrare questi materiali in sistemi allo stato solido, avvicinandosi a possibili applicazioni pratiche nelle celle solari di nuova generazione. Ma le implicazioni vanno oltre il fotovoltaico: la stessa tecnologia potrebbe trovare spazio nei LED e nelle emergenti tecnologie quantistiche. È il tipo di scoperta che, anche se richiederà anni per arrivare sul mercato, cambia già oggi il modo di pensare all’energia solare.
