Un team di ricerca ha introdotto un metodo di rivestimento alternativo per le celle solare organiche, che permette di ottenere alte efficienze impiegando solventi ecologici
Le sfide nella scalabiltà del fotovoltaico polimerico
Produrre moduli fotovoltaici organici ad alta efficienza non è più un traguardo futuristico. Negli ultimi anni, le celle solari polimeriche hanno compiuto solidi progressi nella conversione della luce in elettricità. Soprattutto grazie al rapido sviluppo di accettori non fullerenici, il segmento ha compiuto un balzo in avanti riuscendo a raggiungere il valore soglia del 20% nell’efficienza delle singole unità. E avvicinando ulteriormente una possibile produzione commerciale su larga scala a bassi costi.
Tuttavia la scalabilità di questa tecnologia presenta ancora diversi problemi. Uno di questi dipende dall’impiego di particolari sostanze come cloroformio o clorobenzene. Questi composti sono ottimi solventi per i polimeri, permettendo di controllare la loro deposizione e morfologia a livelli ottimali. La loro viscosità e tensione superficiale inoltre è perfetta per tecniche di deposizione come lo spin-coating o la stampa a getto d’inchiostro.
Peccato che si tratti di composti tossici che mettono a rischio salute ed ambiente. Senza contare che richiedono alte concentrazioni e mostrano nel contempo una ristretta finestra di lavorazione ristretta e un basso punto di ebollizione.
Solventi ecologici e doctor-blading
È qui che arriva in soccorso una nuova ricerca scientifica della Central South University, in Cina. Un nutrito gruppo di chimici e ingegneri ha sperimentato alcuni solventi ecologici per la produzione di moduli fotovoltaici organici ad alta efficienza. In realtà, non è la prima volta che si tenta la via “green”, ma nel passato il solventi ecologici non alogenati non riuscivano a sciogliere altrettanto bene i polimeri; né a controllarne la morfologia con la stessa efficacia.
Il team ha superato questi problemi attraverso un metodo di rivestimento chiamata doctor-blading (letteralmente “spalmatura a lama”) ad alta velocità.
La tecnica riduce la concentrazione di soluzione necessaria per le celle solari organiche a soli 8,8 mg/mL; livello significativamente inferiore ai 15,4 mg/mL richiesti per i tradizionali metodi di spin coating. Ma soprattutto consente l’uso di solventi ecocompatibili come o-xilene e toluene senza compromettere l’efficienza.
Moduli fotovoltaici organici ad alta efficienza
Gli scienziati hanno dimostrato di poter raggiungere un’efficienza a livello di cella del 18,20% con o-xilene (e del 17,36% con toluene). E un’efficienza del 16,07% a livello di modulo.
“L’analisi morfologica – spiega l’ateneo – ha confermato che i film trattati con o-xilene mostrano un impaccamento molecolare e una cristallinità superiori, contribuendo ulteriormente alla maggiore efficienza”.”Questo lavoro rappresenta un significativo passo avanti nel campo del fotovoltaico polimerico”, ha affermato il dott. Jun-liang Yang, autore dello studio. “Sviluppando una tecnica di doctor-blading ad alta velocità che funziona con solventi non alogenati, non solo abbiamo migliorato l’efficienza delle celle solari organiche, ma le abbiamo anche rese più sostenibili dal punto di vista ambientale e scalabili per applicazioni industriali”.
Il lavoro è stato pubblicato sul Journal of Central South University.
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