I ricercatori dell'Università di Osaka hanno individuato un nuovo semiconduttore in grado di garantire un'efficienza di conversione della luce in elettricità migliore dello standard di settore per le celle fotovoltaiche organiche
Gli ultimi progressi nel campo del fotovoltaico organico
Mentre i pannelli fotovoltaici in perovskite tagliano nuovi traguardi ad una velocità sorprendente, c’è una tecnologia solare che fa maggiore fatica a stare al passo con il resto nel segmento. Parliamo del fotovoltaico organico, alternativa appetibile per una serie di caratteristiche intrinseche ma più problematica in termini di efficienza.
In realtà negli ultimi anni lo sviluppo di accettori non fullerenici ha contribuito a migliorare notevolmente le prestazioni di conversione delle celle fotovoltaiche organiche. Tra questi accettori, la molecola ITIC in particolare offre i migliori risultati ed è anche la base del nuovo lavoro condotto presso l’Università di Osaka, in Giappone. Qui un gruppo di scienziati ha messo mano all’accettore realizzando un nuovo semiconduttore organico capace di garantire un’efficienza di conversione migliore dello standard di settore.
Celle fotovoltaiche organiche, come funzionano?
In genere, le celle fotovoltaiche organiche contengono due semiconduttori organici: uno per il trasporto degli elettroni – chiamato anche accettore – e uno per il trasporto delle lacune come lacune – chiamato donatore. Una volta che i fotoni vengono assorbiti dallo strato attivo, nella cella si formano eccitoni, ossia coppie elettrone-lacuna interagenti mediante la forza di Coulomb ed elettricamente neutre. Quindi attraverso il trasferimento di elettroni fotoindotto, nella cella avviene la dissociazione degli eccitoni in portatori di carica liberi (elettroni e lacune) e la generazione di corrente.
“Ridurre la quantità di energia necessaria per rompere un eccitone […] semplifica la conversione della luce nella corrente desiderata”, spiega l’autore principale dello studio, il ricercatore Seihou Jinnai. “Ci siamo quindi concentrati sui fattori che contribuiscono all’energia di legame, uno dei quali è la distanza tra l’elettrone e la lacuna. Se questa aumenta, allora l’energia di legame dovrebbe diminuire”.
Un nuovo accettore per le celle fotovoltaiche organiche
Gli scienziati hanno quindi progettato una molecola ITIC con unità laterali in grado di ridurre l’energia di legame dell’eccitone. La molecola sintetizzata è stata utilizzata come accettore in una cella solare organica ad eterogiunzione di massa insieme a un materiale donatore. Il risultato? Il sistema ha mostrato un’efficienza di conversione di potenza maggiore dello standard accettato. La molecola è stata anche testata come singolo componente del fotovoltaico organico mostrando una migliore conversione della luce in corrente.
I risultati mostrano il potenziale della progettazione razionale di semiconduttori organici e si prevede che condurranno a nuovi dispositivi, tra cui celle fotovoltaiche organiche ad alte prestazioni e unità trasparenti sintonizzate su precise lunghezza d’onda. Lo studio è stato pubblicato su Angewandte Chemie International Edition (testo in inglese).
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