I ricercatori della University of Osaka hanno sviluppato un sistema di produzione automatizzato che utilizza l'intelligenza artificiale e l'imaging ad alta velocità per migliorare la produzione di celle solari. Questo potrebbe aiutare ad accelerare la prossima generazione di energia solare più economica ed efficiente?
Scienziati giapponesi hanno dimostrato un nuovo approccio alla produzione di celle solari avanzate, combinando automazione robotica, telecamere ad alta velocità e apprendimento automatico per raggiungere un'efficienza di conversione di potenza del 24,4%.
La ricerca, riportata dalla University of Osaka il 2 novembre 2026 e pubblicata su ACS Nano, si concentra su una delle maggiori sfide che la tecnologia fotovoltaica di prossima generazione deve affrontare: la produzione di celle solari di qualità costantemente elevata.
I ricercatori hanno lavorato con le perovskiti, materiali che hanno suscitato un enorme interesse perché sono in grado di assorbire la luce solare in modo efficiente in strati estremamente sottili.
A differenza delle celle solari convenzionali al silicio, che si basano su wafer cristallini relativamente spessi, gli strati fotoassorbenti di perovskite possono essere prodotti da soluzioni chimiche liquide.
Tuttavia, controllare come questi liquidi cristallizzano si è rivelato difficile.
Efficienza al 24,4%: cosa significa?
Una cella solare con un'efficienza di conversione del 24,4% trasforma circa il 24,4% della luce solare che la colpisce in energia elettrica in condizioni di test di laboratorio standardizzate.
Consideriamo un ipotetico pannello solare che riceve 1.000 watt di luce solare per metro quadrato.
Con un'efficienza del 20%, un metro quadrato genererebbe 200 watt.
Al 24,4%, la produzione salirebbe a 244 watt — un aumento di 44 watt, ovvero del 22%.
Per un'installazione teorica di 10 metri quadrati, tale differenza corrisponde a 440 watt aggiuntivi allo stesso livello di illuminazione.
Questi calcoli illustrano l'efficienza di conversione, non le prestazioni verificate di un pannello commerciale prodotto dal sistema giapponese.
I pannelli al silicio commerciali odierni raggiungono comunemente efficienze di modulo di circa il 20–23%.
Il risultato di Osaka è quindi competitivo, ma le celle di laboratorio e i moduli commerciali finiti non possono essere confrontati direttamente.
La cifra del 24,4% non rappresenta inoltre un nuovo record mondiale per le celle solari in perovskite.
I robot osservano ciò che gli esseri umani non possono vedere
La svolta non risiede semplicemente nell'efficienza raggiunta. La sua importanza sta nella comprensione e nel controllo del processo produttivo.
Le celle in perovskite sono prodotte depositando una soluzione chimica su una superficie.
Mentre il liquido asciuga, i suoi componenti cristallizzano in uno strato solido che assorbe la luce solare.
Piccole variazioni di temperatura, umidità o condizioni di asciugatura possono influenzare la formazione dei cristalli e le prestazioni elettriche.
Il team di Osaka ha sviluppato una piattaforma robotica che osserva il processo registrando simultaneamente le condizioni ambientali.
Telecamere ad alta velocità monitorano i cambiamenti nel colore del film in meno di un secondo.
Il sistema può anche misurare il movimento e l'impatto di goccioline microscopiche in pochi millisecondi.
Un millisecondo è un millesimo di secondo.
Eventi che durano cinque millisecondi si verificano 200 volte più velocemente di un intervallo di un secondo.
Tali osservazioni permettono agli scienziati di esaminare processi produttivi che sarebbero difficili da analizzare manualmente.
Il software di apprendimento automatico cerca quindi nelle misurazioni le relazioni tra le condizioni di lavorazione e la qualità del materiale finito.
Perché le minuscole goccioline sono importanti
Una fase particolarmente importante prevede l'applicazione di un antisolvente durante la formazione del film.
Questo liquido favorisce la cristallizzazione dei materiali disciolti.
Tuttavia, la tempistica, la velocità e la distribuzione delle goccioline influenzano fortemente il film risultante.
I ricercatori hanno identificato un intervallo ottimale del comportamento delle goccioline e hanno regolato il processo di produzione di conseguenza.
Utilizzando questi risultati, hanno prodotto una cella solare in perovskite a base di piombo con un'efficienza del 24,4%.
Il traguardo dimostra che l'analisi delle condizioni di produzione in tempo reale può aiutare a migliorare un dispositivo funzionante.
Non prova ancora che il sistema fornirà risultati equivalenti su linee di produzione commerciale su larga scala.
La corsa oltre il silicio convenzionale
Il silicio ha dominato la produzione solare per decenni, beneficiando di enormi economie di scala.
Le perovskiti offrono un'opportunità diversa: possono essere potenzialmente prodotte utilizzando processi a temperature più basse e combinate con celle al silicio.
Nelle configurazioni tandem, materiali diversi assorbono porzioni diverse dello spettro solare, consentendo di estrarre più elettricità dalla stessa luce solare.
Le celle tandem di ricerca hanno già dimostrato efficienze superiori al 30%, illustrando il potenziale della combinazione di tecnologie.
Tuttavia, le perovskiti devono ancora affrontare ostacoli commerciali significativi, tra cui la stabilità a lungo termine, la resistenza all'umidità, l'uniformità della produzione e la gestione ambientale dei materiali contenenti piombo.
Cosa significa una maggiore efficienza per i costi dell'elettricità
Si consideri un'ipotetica installazione solare che eroga 100 megawatt in condizioni di picco standardizzate.
Un miglioramento relativo del 22% nell'efficienza del modulo potrebbe ridurre l'area fisica delle celle solari necessarie per ottenere la stessa potenza nominale, supponendo che tutte le altre condizioni rimangano invariate.
Per i mercati con vincoli di territorio come il Giappone, parti dell'Europa e le economie asiatiche densamente popolate, migliorare la generazione di elettricità per metro quadrato è particolarmente prezioso.
Ma l'efficienza da sola non determina il costo dell'elettricità solare.
Le spese di installazione, la resa produttiva, il finanziamento, la durata operativa e i tassi di degradazione influenzano tutti i prezzi finali dell'elettricità.
La tecnologia di Osaka mira a migliorare un fattore essenziale: il controllo della produzione.
L'intelligenza artificiale entra nella fabbrica solare
Il vero significato dell'esperimento giapponese potrebbe estendersi oltre un particolare materiale per celle solari.
Sistemi robotici capaci di osservare processi chimici, imparare da esperimenti precedenti e regolare le condizioni di produzione potrebbero accelerare la ricerca su batterie, semiconduttori e altri materiali avanzati.
Per il Giappone, che compete con la Cina, l'Europa e gli Stati Uniti nella tecnologia per l'energia pulita, una produzione più affidabile potrebbe diventare un vantaggio importante.
La prossima sfida è dimostrare che il processo di laboratorio può essere scalato verso moduli solari più grandi mantenendo efficienza, stabilità e costi accettabili.
La cella solare sperimentale al 24,4% del Giappone non è ancora una svolta commerciale. Ma dimostra come la combinazione di automazione e intelligenza artificiale possa aiutare a trasformare promettenti tecnologie di laboratorio in prodotti industriali più affidabili.
