Il grafene consente l’evoluzione delle celle solari polimeriche
La prima e la seconda generazione di celle solari sono principalmente basate sul silicio. Le celle solari organiche (polimeriche) promettono importanti benefici, come ad esempio la flessibilità e la riduzione dei costi per superfici molto ampie, grazie a consolidati metodi di lavorazione dei polimeri. Gli elettrodi di grafene con la loro eccellente conduttività sono stati recentemente identificati come un promettente candidato per ottenere efficienti celle solari a eterogiunzione diffusa (bulk heterojunction, BHJ) proposte oltre 25 anni fa. Tuttavia, i meccanismi e gli effetti dell’integrazione con un film polimerico sottile devono essere ancora determinati. Il progetto GO-NEXTS (Graphene doping and texturing in efficient electrodes for organic solar cells), finanziato dall’UE, ha strutturato elettrodi di contatto in grafene che agiscono come cristalli fotonici. I cristalli fotonici sono delle strutture dielettriche periodiche con una banda proibita che impedisce la propagazione di alcune lunghezze d’onda della luce. I cristalli possono essere paragonati alla banda proibita di energia tra elettroni di valenza e conduzione dei semiconduttori. Questo consente un controllo di precisione sulla radiazione elettromagnetica non possibile con l’ottica convenzionale. Ciò permetterà dei miglioramenti senza precedenti nell’efficienza generale e nelle prestazioni delle celle solari BHJ. I ricercatori hanno iniziato concentrandosi sulla simulazione e fabbricazione dei singoli componenti. In particolare, gli scienziati hanno studiato il ruolo dei contatti tra grafene e metallo, e hanno modellato le proprietà elettroniche del grafene e le proprietà ottiche del contatto a reticolo. Assieme a valutazioni sugli effetti di vari parametri di progettazione, come ad esempio lo spessore dello strato, i risultati hanno mostrato la strada verso promettenti attività di fabbricazione. I partner del progetto hanno studiato i processi di deposizione chimica da fase vapore (chemical vapour deposition, CVD) per il grafene su vari substrati e della crescita di grafene su substrati testurizzati di cristalli fotonici. La CVD a bassa temperatura non è stata in grado di produrre grafene di una qualità sufficientemente alta per le applicazioni fotovoltaiche. Al contrario, il processo di crescita di grafene è adesso vicino allo stato dell’arte. GO-NEXTS fornirà materiali, processi di fabbricazione e architetture dei dispositivi per gli elettrodi trasparenti. Tra le più probabili applicazioni che emergeranno nei prossimi anni ci sono quelle che usano elettrodi trasparenti e flessibili in grafene, come ad esempio le celle solari, i diodi fotoemittenti (LED), i diodi organici a emissione di luce (OLED), touchscreen e schermi a cristalli liquidi (LCD), che attualmente sono fabbricati con ossido di indio-stagno (ITO) polverizzato. L’Europa è tra i leader della ricerca sul grafene e i risultati raggiunti tramite GO-NEXTS consentiranno di contribuire ulteriormente agli avanzamenti in questo campo. I risultati del progetto aiuteranno quindi a garantire la competitività con gli Stati Uniti e con l’Asia nel mercato tecnologico basato sul grafene. La loro applicazione nei prodotti di consumo potrebbe potenzialmente cambiare la vita di tutti i giorni, avendo un forte impatto sulla futura ricerca e commerciabilità del grafene.
Parole chiave
Celle solari polimeriche, grafene, eterogiunzione diffusa, GO-NEXT, cristalli fotonici, deposizione chimica da fase vapore, ossido di indio-stagno
