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Le celle solari organiche efficienti diventano ecocompatibili

Un team dell'UE ha sviluppato nuovi materiali e metodi di produzione per le celle solari organiche. È stato dimostrato che la sintesi alternativa di polimeri naturali e formulazioni di inchiostri ecologici forniscono efficienze di conversione dell’energia (power-conversion efficiencie, PCE) che raggiungono il 10 %.

Energia

Le celle solari organiche rendono possibili varie applicazioni che non possono essere affrontate utilizzando le convenzionali celle in silicio. Restano da risolvere diverse sfide di sviluppo, prima che i moduli solari organici possano essere portati sul mercato, e una di queste riguarda l’uso di tecniche e materiali ecocompatibili. Il progetto MATHERO (New materials for highly efficient and reliable organic solar cells), finanziato dall’UE, ha affrontato queste sfide. Il progetto ha sviluppato materiali e metodi di deposizione al fine di ottenere dispositivi con PCE pari al 10 %, su scala di laboratorio. Tali efficienze, insieme una vita utile che supera i 10 anni, comporterebbero anche una drammatica riduzione dei costi operativi. Per raggiungere tali risultati, il team ha sviluppato polimeri donatori ad alta efficienza, inchiostri ecologici e solventi, oltre a sintetizzare materiali caratterizzati da una chimica ecologica migliorabile. I ricercatori hanno sintetizzato i copolimeri benzoditiofene-chinossalina, inizialmente utilizzando la tradizionale tecnica di polimerizzazione STILLE con accoppiamento incrociato. Le prestazioni delle celle solari organiche in fullerene, in scala di laboratorio, hanno superato l’8 %. Utilizzando la sintesi diretta per arilazione (una via chimica ecologica e scalabile), i polimeri hanno raggiunto un 6 % di PCE. I ricercatori hanno sviluppato gli inchiostri ecologici tramite l’utilizzo di solventi non alogenati e non tossici, ottenendo celle solari con PCE superiore al 10 %. Il lavoro sull’estensione relativa alla durata della vita delle celle solari ha prodotto un processo di incapsulamento monolitico. Il team di ricerca ha sviluppato nuovi materiali e processi che non necessitano di collanti o tecniche di vuoto che consumano molta energia, in genere utilizzate per pellicole di alta qualità le quali fungono da barriera ai gas. L’incapsulamento monolitico in soluzione è compatibile con la deposizione superficiale sui moduli solari organici. Il consorzio MATHERO ha dimostrato l’efficacia dei costi relativi ai moduli OPV. Il team ha incorporato gli sviluppi del progetto all’interno di moduli solari flessibili, e questi comprendono polimeri fotoattivi prodotti utilizzando una sintesi ecologica scalabile, produzione sostenibile mediante solventi ecologici, strati interni poco costosi e incapsulamento monolitico. Tali risultati permettono una riduzione sostanziale dei costi relativi ai materiali, il che rappresenta un fattore principale nella produzione di moduli OPV su larga scala. Un ulteriore lavoro include l’analisi in ambito di esigenze tecnologiche, mercato e redditività economica della metodologia proposta. Il team ha dunque prodotto un piano di disseminazione che consente rapidi tempi di commercializzazione. Sono stati identificati sei risultati sfruttabili ed è stato prodotto un piano per l’uso. I risultati del progetto MATHERO consentono una fabbricazione più economica al fine di ottenere celle solari durature, efficienti e rispettose dell’ambiente.

Parole chiave

Celle solari, fotovoltaico organico, efficienza di conversione dell’energia, MATHERO, chimica scalabile, basso impatto ambientale

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