Come sviluppare le pile solari organiche efficienti

August 7, 2018

Venticinque ricercatori da sette istituti di ricerca hanno un le loro teste per elaborare le regole per la progettazione delle pile solari organiche di alto-efficienza. La ricerca è condotta da Feng Gao, professore associato all'università di Linkoping, Svezia.

Le pile solari organiche, fatte ai dai materiali basati a carbonio, presentano i vantaggi unici rispetto ad altre tecnologie della pila solare. Per esempio, possono essere fabbricate con le tecnologie a basso costo di stampa e possono essere rese semi-trasparenti con i colori selezionabili, che possono essere integrazione dal punto di vista architettonico in costruzione usata. La loro flessibilità e peso basso le rendono perfette per la potenza dei sensori per Internet delle applicazioni di cose.

Una sfida chiave che affronta lo sviluppo delle pile solari organiche è che hanno solitamente grandi perdite di energia.

«Abbiamo formulato alcune regole razionali di progettazione per minimizzare le perdite di energia in pile solari organiche. A seguito di queste regole, presentiamo una gamma di esempi con le perdite di energia bassa e efficencies di conversione di alto potere,» dice Feng Gao, professore associato alla divisione di elettronica biomolecolare ed organica all'università di Linkoping.

Le regole di progettazione, che sfidano alcune idee precedentemente tenute, sono state pubblicate in un articolo nel giornale Nature Materials.

Facendo uso di queste regole di progettazione, le pile solari organiche promettono di prendere con i loro concorrenti riguardo ad efficienza di trasformazione dell'energia, che misura la frazione dell'energia nella radiazione del sole che è convertita in elettricità. Il limite teorico per la frazione dell'energia del sole che può essere ottenuta in pile solari è intorno 33%. Gli esperimenti del laboratorio con alle le pile solari basate a silicio hanno raggiunto 25% nel migliore dei casi. I ricercatori finora hanno ritenuto che il limite per le pile solari organiche fosse più basso.

«Ma ora sappiamo che non c'è differenza -- il limite teorico è lo stesso per le pile solari manifatturiere da silicio, perovskite o polimeri,» dice Olle Inganas, professore di elettronica biomolecolare ed organica, università di Linkoping.

Quando i fotoni dal sole sono assorbiti dal polimero semiconduttore in una pila solare, gli elettroni nel materiale erogatore sono alzati ad uno stato eccitato ed i fori sono formati nello stato fondamentale verso cui gli elettroni rimangono attirati. Per separare questi elettroni rilegati e fori, un materiale del accettore si aggiunge. Tuttavia, questo materiale del accettore provoca solitamente le perdite di energia extra, un'edizione che ha importunato la comunità organica della pila solare per oltre due decadi.

L'articolo in Nature Materials presenta le due regole fondamentali per minimizzare le perdite di energia per le pile solari organiche altamente efficienti: -- Minimizzi l'energia sfalsata fra il donatore e le componenti del accettore. -- Assicuri che la componente di basso Gap nella miscela abbia un'alta fotoluminescenza.

I ricercatori ai sette istituti di ricerca negli Stati Uniti, in Cina e l'Europa hanno prodotto insieme intorno ad dozzina materiali differenti, alcuni di cui sono stati riferiti precedentemente ed altri sono completamente nuovi. Hanno usato questi per dimostrare che la nuova teoria è d'accordo con i risultati sperimentali, anche se è in qualche modo incompatibile con che cosa precedentemente è stato creduto.

Oltre a Feng Gao, Artem un Bakulin dall'Imperial College London e Veaceslav Coropceanu dal Georgia Institute of Technology sono autori anche corrispondenti dell'articolo. La ricerca è stata finanziata dalle concessioni dalle fonti in Svezia, l'UE, negli Stati Uniti ed in Cina ed inoltre è stata effettuata nel quadro dell'iniziativa strategica in materiali funzionali avanzati, AFM, all'università di Linkoping.

 

 FONTE: Seience quotidiano