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Nuovi materiali semiconduttori per un fotovoltaico organico efficiente

A differenza delle sue equivalenti inorganiche, la tecnologia delle celle solari organiche rappresenta un candidato promettente per la conversione dell’energia solare grazie al suo basso costo, peso ridotto e utilizzo in dispositivi flessibili. Degli scienziati finanziati dall’UE sono riusciti a sviluppare dei semiconduttori organici con banda proibita ampia compatibili con metodi roll-to-roll ed eccellenti proprietà fotovoltaiche.
Nuovi materiali semiconduttori per un fotovoltaico organico efficiente
Efficienza elevata e basso costo sono fondamentali per garantire una più ampia adozione della tecnologia delle celle solari. A partire dal 2013, i problemi di inefficienza e stabilità del fotovoltaico organico combinati con il suo possibile basso costo e la sua potenziale maggiore efficienza, hanno reso questa tecnologia un campo popolare nella ricerca sulle celle solari.

I semiconduttori organici a banda proibita ampia hanno un grande potenziale per soddisfare le aspettative di efficienze più elevate. In particolare, i polimeri organici con una maggiore larghezza di banda rispetto al silicio inorganico comunemente usato sono degli assorbitori complementari molto vantaggiosi nelle celle solari tandem. Nell’ambito di ECOCHEM (Development of low band gap conjugated polymers by ecofriendly synthetic methodologies for high performance organic photovoltaics), gli scienziati sono riusciti a sintetizzare dei polimeri coniugati altamente stabili e con banda proibita ampia che sono molto promettenti per la fabbricazione su scala industriale di dispositivi flessibili con una superficie elevata.

Gli sforzi si sono concentrati sullo sviluppo di copolimeri alternati formati da unità ripetute di monomeri donatori di elettroni e monomeri accettori di elettroni. Perciò, gli scienziati hanno sviluppato polimeri semiconduttori contenenti indacenoditiofene o indacenoditienotiofene che fungono da monomeri ricchi di elettroni e chinossalina, tienopirrolidone o difluorobenzotiadiazina che fungono da monomeri carenti in elettroni.

Fino ad ora, il poli (3-esiltiofene) è stato il polimero a banda proibita ampia più comunemente usato per le celle solari organiche tandem. Tuttavia, una produzione di massa di dispositivi basati su questo polimero è spesso ostacolata da processi di fabbricazione che richiedono molto tempo.

Tutti i copolimeri sviluppati dagli scienziati di ECOCHEM mostravano ampie bande proibite, simili a quella del poli (3-esiltiofene). Tuttavia, si è scoperto che questo tipo di unità carente in elettroni influisce largamente sulle proprietà ottiche dei copolimeri indacenoditiofene e indacenoditienotiofene. Si è scoperto che l’efficienza nella conversione dell’energia dell’architettura a celle solari invertite basata su polimeri semiconduttori contenenti indacenoditienotiofene e chinossalina era pari a quella del poli (3-esiltiofene). Tali copolimeri con ampia banda proibita si sono inoltre dimostrati dei candidati ideali per l’utilizzo nella cella superiore delle strutture tandem.

Poiché possiedono la capacità di essere facilmente lavorati all’aria e sono compatibili con metodi roll-to-roll, questi copolimeri con ampia banda proibita stanno aprendo la strada a eccitanti innovazioni nelle celle solari flessibili con una superficie elevata. Tuttavia, le applicazioni non riguardano soltanto le celle solari, ma anche l’elettronica di potenza per l’efficienza energetica, i biosensori e l’illuminazione allo stato solido.

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Keywords

Semiconduttore, fotovoltaico organico, cella solare, banda proibita ampia, roll-to-roll, polimeri coniugati