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Fotovoltaico basato sul carbonio

Lo sfruttamento dell’energia del Sole, virtualmente illimitata, per produrre elettricità con il fotovoltaico (PV) rappresenta una promettente alternativa sostenibile all’utilizzo di combustibili fossili. Nuove scoperte sui semiconduttori organici potrebbero fornire la svolta necessaria.
Fotovoltaico basato sul carbonio
Negli ultimi decenni, la tecnologia ha compiuto fenomenali progressi e, in tutto il mondo, sono presenti numerosi sistemi. La tecnologia PV tradizionale, principalmente basasta sul silicio, al momento è giunta alla sua terza generazione che impiega PV a film sottile inorganico. Tuttavia, la diffusione è ostacolata da problematiche associate ai costi di produzione e all’efficienza della conversione.

Le celle solari che usano semiconduttori organici come i polimeri con strutture di carbonio sono facili da lavorare a costi bassi. Le strutture di eterogiunzione, in cui il donatore di elettroni e gli strati semiconduttori accettanti si mescolano, possono facilitare il movimento degli elettroni, aumentando di conseguenza l’efficienza. Gli scienziati si sono concentrati su due potenziali sistemi grazie al finanziamento dell’UE per il progetto NANOPV (“Spectroscopic insight with nanoscale resolution on model photovoltaic systems”).

Il primo era rappresentato da eterostrutture organiche legate in modo covalente consistenti in entità ben separate con diverse proprietà elettroniche. Il team ha cercato vie per l’accoppiamento covalente di precursori che avrebbe portato alla formazione di nanonastri di grafene. Il grafene è una forma nano-strutturata di carbonio, un foglio dello spessore di un atomo di atomi di carbonio.

Usando due diversi metodi di sintesi chimica su vari sostrati, il team è riuscito a produrre nanonastri di carbonio di precisione atomica più larghi di quelli precedentemente documentati. Questo ha portato a intervalli di banda più piccoli (più sono piccoli gli intervalli di banda, maggiore è la conduttività di un materiale). Inoltre i cambiamenti chimici osservati erano diversi e più complessi rispetto a quelli previsti.

Gli esperimenti hanno fornito informazioni mai ottenute prima grazie alla visualizzazione della riorganizzazione del legame covalente durante la formazione di nanonastri di grafene. L’articolo associato a queste scoperte è stato accettato per la pubblicazione sulla rinomata rivista sottoposta a revisione paritaria Science. Diversi altri articoli sono in varie fasi di revisione o pubblicazione in altre prestigiose riviste.

Gli scienziati inoltre hanno sintetizzato e caratterizzato un gran numero di miscele molecolari bicomponenti con legami non-covalenti. Oltre a capire meglio le deviazioni specifiche in certi sistemi, il team ha scoperto un importante tendenza riguardante gli allineamenti di energia interfacciale dipendente dalla stechiometria in miscele donatore-accettore sulle superfici metalliche. Le prossime pubblicazioni presentano questi importanti risultati.

Si prevede che i risultati di NANOPV avranno importanti conseguenze sullo sviluppo di PV organici con potenziali riduzioni dei costi e aumenti dell’efficienza della conversione dell’energia. Infatti il potenziamento del movimento dell’elettrone avrà conseguenze importanti per i dispositivi elettronici a base organica anche in numerose altre applicazioni.

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Keywords

Fotovoltaico, semiconduttori organici, strutture di eterogiunzione, nanonastro di grafene