Fotovoltaico elastico, per un futuro più verde e flessibile
Una cella solare polimerica allungabile come una pellicola elastica ma ad alte prestazioni. E in grado di mantenere la sua capacità di trasformare la luce in elettricità anche quando tirata. È l’innovazione messa a punto da un gruppo di fisici dell’Istituto giapponese RIKEN. Il dispositivo, per ora ancora in fase di laboratorio, ha raggiunto uno dei risultati più promettenti nel campo dell’elettronica “stretchable“. Messo alla prova, il nuovo fotovoltaico elastico organico ha mostrato un’efficienza di conversione iniziale del 14,2%, un’elasticità eccezionale e una durata meccanica ciclica da record.
La nuova frontiera dell’elettronica indossabile
Negli ultimi anni gli studi su batterie morbide e celle solari elastiche sono aumentati esponenzialmente. Perché? Perché l’elettronica indossabile è divenuta uno dei grandi trend dell’hi-tech e, di pari passo, è aumentata la domanda di fonti energetiche da integrare in sicurezza in questo tipo di dispositivi.
In questo campo il fv organico intrinsecamente estensibile è emerso come una soluzione di spicco per i generatori di energia indossabili di prossima generazione. Merito della flessibilità strutturale del suo design, dell’elasticità omnidirezionale e della deformabilità in piano.
Tuttavia, riuscire a fabbricare celle solari organiche sia elastiche che efficienti è ancora una sfida. L’ostacolo tecnico più grande riguarda in particolare l’elettrodo trasparente e il fragile strato attivo.
Una nuova cella solare polimerica elastica
Kenjiro Fukuda del Center for Emergent Matter Science del RIKEN e alcuni colleghi stanno tentando di risolvere il problema con un nuovo approccio. “Utilizziamo materiali estensibili per ogni strato funzionale di un dispositivo”, afferma Fukuda.
La chiave del successo è stata trovata delocalizzando e ridistribuendo la deformazione dello strato attivo agli strati sottostanti. Un passaggio reso possibile, inaspettatamente, dal miglioramento dell’elasticità dell’elettrodo PEDOT:PSS grazie all’incorporazione di un additivo, chiamato in breve ION E. “Per noi è stata una bella sorpresa”, ha affermato Fukuda. “Non avevamo previsto che ION E avrebbe aumentato l’adesione tra gli strati”.
La ricerca pubblicata sulla rivista Nature Communications mostra che la cella solare polimerica elastica può essere allungata a 1,5 volte la sua lunghezza originale senza che la sua efficienza iniziale crolli. Per la precisione si registra un calo di appena il 20%. Inoltre, mantiene il 95% della sua efficienza iniziale dopo essere stata allungata 100 volte del 10%.