Una nuova struttura superficiale irregolare regala al fotovoltaico polimerico una maggiore capacità di assorbimento luminoso
Nuovi passi avanti per il fotovoltaico organico
(Rinnovabili.it) – Migliorare le prestazioni di una determinata tecnologia non significa sempre mirare a renderla perfetta. In alcuni casi sono proprio le imperfezioni a regalare risultati inaspettati. Succede così all’efficienza delle celle fotovoltaiche organiche, da sempre punto debole per questo segmento. Il professore Dooyoung Ah dell’Università Abdullah Gül in Turchia ha dimostrato che inserendo delle piccole asperità sulla superficie di piatta di queste celle è possibile aumentare fino del 66% l’assorbimento della luce. Ma non si tratta di imperfezioni qualsiasi. Come spiegato nell’articolo pubblicato sul Journal of Photonics for Energy, lo scienziato ha optato per minuscoli gusci emisferici, protuberanze su scala nonometrica in grado di incrementare i fotoni assorbiti e anche i loro “punti di entrata”.
Ben inteso, il lavoro si muove ancora su un piano “virtuale”, senza veri prototipi, ma i risultati della modellazione sono ugualmente molto promettenti.
Efficienza Celle Fotovoltaiche Organiche, oggi al 19,2%
Aumentare l’efficienza delle celle fotovoltaiche organiche rappresenta un passaggio fondamentale per diffondere la tecnologia su larga scala. Il segmento ha già dalla sua la grande economicità rispetto alle celle in silicio cristallino, una maggiore facilità d’integrazione e una catena di approvvigionamento svincolata dall’industria cinese. Ma i progressi raggiunti in questo campo sono stati decisamente più lenti di quelli compiuti in altri segmenti.
Allo stato attuale il valore di conversione della luce in elettricità più alto per il fotovoltaico organico l’ha segnato l’Università Jiao Tong di Shanghai e risulta pari al 19,2% (valore riportato nel Best Research Cell Efficiencies Chart del NREL). A titolo di confronto nel campo dei semiconduttori organici, a singola giunzione e senza concentratori, il valore più elevato lo mostra una cella solare in GaAs di Alta Device con un bel 29.1% d’efficienza.
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Aumentare l’efficienza del fotovoltaico polimerico
Nel suo studio il professor Dooyoung Hah ha analizzato gli spettri di assorbimento all’interno dello strato attivo a forma di guscio emisferico, fornendo un esame dettagliato di come la luce interagisce con la struttura e i materiali della cella. Nel dettaglio la ricerca si è focalizzata su una cella fotovoltaica composta da polimero organico – il P3HT:ICBA – come strato attivo, posto tra uno strato superiore trasparente di ossido di indio-stagno di alluminio e uno inferiore di alluminio. Il tutto “appoggiato” su un substrato di PMMA. Questa organizzazione a sandwich è stata mantenuta in tutti i nanogusci creati sulla superficie.
L’analisi ha mostrato che la struttura dei mini dossi quando sottoposta a luce polarizzata elettrica trasversale (TE), determina un aumento del 66% nell’assorbimento della luce rispetto ai dispositivi a struttura piatta. Allo stesso modo, per la luce polarizzata magnetica trasversale (TM), si osserva un incremento del 36%.
“Grazie alle migliorate caratteristiche di assorbimento e omnidirezionalità – ha commentato Hah su Spie.org – gli strati attivi proposti a forma di guscio emisferico si riveleranno utili in varie aree di applicazione delle celle solari organiche, come i dispositivi biomedici, nonché applicazioni come finestre per la generazione di energia e serre, Internet delle cose e così via”.
