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Characterisation of hybrid inorganic-organic solar cells by advanced spectroscopic methods

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Delle celle solari efficienti potrebbero presto diventare più economiche

Un progetto finanziato dall’UE ha portato a termine una caratterizzazione approfondita di celle solari ibride (CS) usando delle tecniche spettroscopiche avanzate. Le attività del progetto stanno consentendo di progettare eterogiunzioni organico/inorganico su misura per CS ad alte prestazioni.

Energia

L’eliminazione delle emissioni di anidride carbonica legate all’energia dipende in modo decisivo dallo sviluppo di metodi a basso costo e ampiamente accessibili per una produzione di energia pulita. Tra tutte le fonti energetiche rinnovabili, l’energia solare possiede di gran lunga il potenziale più grande. Tuttavia, le celle solari inorganiche disponibili sul mercato sono attualmente troppo costose per poter competere con le fonti energetiche convenzionali. Le CS ibride inorganico/organico rappresentano una tecnologia emergente che possiede un grande potenziale per una fabbricazione economica. Esse si basano su una giunzione nano-strutturata e combinano dei materiali organici economici e abbondanti con i vantaggi dei materiali inorganici in termini di stabilità e trasporto della carica. Il progetto CHOIS (“Characterisation of hybrid inorganic-organic solar cells by advanced spectroscopic methods”), finanziato dall’UE, ha cercato di far ulteriormente progredire la comprensione dei meccanismi di funzionamento delle CS ibride per ottenere alla fine elevate efficienze di conversione. Inizialmente, gli scienziati hanno caratterizzato un sistema ibrido all’avanguardia solfuro di cadmio (CdS)/polimero mediante spettroscopia di assorbimento transiente. I risultati hanno mostrato che le eccitazioni nel CdS hanno una vita più lunga, e questo ha portato alla conclusione che la generazione della carica non è limitata a dimensioni su piccola scala. Gli scienziati hanno inoltre scoperto i principali processi di perdita che limitano la generazione della carica nel polimero utilizzato. Il passo successivo è stato quello di usare un materiale inorganico con uno spettro di assorbimento più ampio per raccogliere una parte più grande dello spettro solare. Considerato il loro spettro di assorbimento più ampio, come promettenti alternative al CdS sono stati identificati il solfuro di antimonio e quello di bismuto, con il primo che presenta le più alte efficienze di conversione. Le sue perdite di energia ridotte al minimo sono state attribuite alla separazione di carica. Sulla base di queste scoperte, gli scienziati hanno proposto nuove combinazioni di materiali per produrre CS ibride più efficienti. Degli strati densi di solfuro di antimonio sono stati fabbricati e testati in CS con un polimero quale conduttore a lacune, e hanno dimostrato un’efficienza superiore al 3 %. Poiché il materiale inorganico era la principale componente attiva, tali CS sono state classificate come inorganiche processate in soluzione. CHOIS ha contribuito a far progredire la comprensione dei meccanismi delle CS ibride e a stabilire un modo per fabbricare delle celle di questo tipo efficienti. Questo dovrebbe promuovere lo sviluppo di CS ibride con una eterogiunzione processata in soluzione, aprendo la strada alla produzione di CS alternative e poco costose.

Parole chiave

Celle solari, celle solari ibride, ibrido inorganico/organico, metodi spettroscopici

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