Modulare la morfologia dello strato attivo delle celle solari per migliorare le prestazioni Scienziati finanziati dall’UE hanno cercato di fabbricare sistemi fotovoltaici organici (OPV) con una maggiore efficienza, una migliore stabilità morfologica e una prolungata durata delle celle solari. Cambiamento climatico e Ambiente © Thinkstock Bassi costi di produzione, processi ecologici per la sintesi dei materiali e flessibilità dei materiali rendono gli OPV preferibili rispetto ai loro corrispettivi inorganici. Tuttavia, la loro efficienza è influenzata da una scarsa morfologia e da durate limitate: un grave collo di bottiglia per la loro commercializzazione. Nel progetto CHESS ("Block copolymers for high efficient solar cells with novel structures"), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno aggiunto copolimeri a blocchi nella miscela che forma lo strato attivo degli OPV. Essi hanno applicato tecniche di processo per fabbricare OPV a eterogiunzione diffusa con maggiore stabilità per un successivo uso industriale. Accrescere l’efficienza e allungare la vita degli OPV li dovrebbe rendere più competitivi in confronto alle celle fotovoltaiche inorganiche. I copolimeri a blocchi sono in grado di formare nanostrutture ben controllate e di fungere da compatibilizzanti nelle rispettive miscele di omopolimeri. Gli scienziati hanno usato queste proprietà per formare nano-morfologie stabili con dimensioni ottimali del dominio, ovvero specifiche desiderabili per applicazioni OPV. Uno studio integrato è stato svolto, partendo dal progetto e dalla sintesi del copolimero fino ad arrivare alla loro incorporazione nei dispositivi fotovoltaici e alla valutazione delle loro prestazioni. In particolare, i copolimeri a blocchi delle barre-bobine, che comprendono un blocco semiconduttore di elettroni donatori e un blocco di barre scelte (ad es. polimero a bassa temperatura di transizione vetrosa), sono stati sintetizzati e miscelati con materiali organici donatori/accettatori comprovati Il team ha caratterizzato le miscele con una tecnica termoanalitica, completata da esperimenti di scattering a raggi X a piccolo e ampio angolo per ricavare i loro diagrammi di fase completi. I membri del progetto hanno studiato ampiamente la morfologia della miscela ternaria negli strati attivi della nuova cella solare. Essi hanno concluso che la presenza del copolimero spinge una formazione ottimizzata della eterogiunzione diffusa della rete che stimola assorbimento fotonico, efficiente dissociazione dell’eccitone e migliore trasporto della carica. Successivamente, è stata ottenuta un’efficienza massima di conversione della potenza pari al 4,5. Contemporaneamente, è stata prolungata la stabilità dei dispositivi nel tempo. L’integrazione su larga scala dei dispositivi dovrebbe facilitare la commercializzazione dei prodotti dei membri del progetto, giovando l’UE a livello di comunità e migliorando la sua competitività. Parole chiave Fotovoltaico organico, cella solare, vita, copolimero a blocco, strato attivo, stabilità, compatibilizzante, miscela omopolimero, nano-morfologia, scattering raggi X
