Le celle solari organiche che possono essere verniciate o stampate su superfici sono sempre più efficienti, e ora mostrano la promessa per l'incorporazione in applicazioni come l'abbigliamento che richiedono anche loro di essere flessibili.

Il laboratorio dell'ingegnere chimico e biomolecolare Rafael Verduzco della Rice University ha sviluppato un fotovoltaico organico flessibile che potrebbe essere utile laddove costante, è sufficiente una produzione a bassa potenza.

La ricerca appare sulla rivista American Chemical Society Chimica dei materiali .

Le celle solari organiche si basano su materiali a base di carbonio inclusi polimeri, al contrario di duro, materiali inorganici come il silicio, catturare la luce del sole e tradurla in corrente. Anche i prodotti organici sono sottili, leggero, semitrasparente e poco costoso. Mentre a metà strada, commerciale, Le celle solari a base di silicio hanno un'efficienza di circa il 22% (la quantità di luce solare convertita in elettricità) e gli elementi organici raggiungono circa il 15%.

"Il campo è stato ossessionato per molto tempo dal grafico dell'efficienza, " Ha detto Verduzco. "C'è stato un aumento dell'efficienza di questi dispositivi, ma anche le proprietà meccaniche sono molto importanti, e quella parte è stata trascurata.

"Se allunghi o pieghi le cose, si verificano crepe nel livello attivo e il dispositivo si guasta."

Verduzco ha affermato che un approccio per risolvere il problema fragile sarebbe quello di trovare polimeri o altri semiconduttori organici che siano flessibili per natura, ma il suo laboratorio ha preso un'altra virata. "La nostra idea era quella di attenerci ai materiali che sono stati sviluppati con cura in 20 anni e che conosciamo bene, e trovare un modo per migliorare le loro proprietà meccaniche, " Egli ha detto.

Invece di creare una rete e versare i polimeri semiconduttori, i ricercatori di Rice hanno mescolato reagenti tiolo-ene a base di zolfo. Le molecole si fondono con i polimeri e quindi si reticolano tra loro per fornire flessibilità.

Il processo non è senza costi, perché troppo poco tiolo-ene lascia i polimeri cristallini soggetti a fessurazione sotto stress, mentre troppo smorza l'efficienza del materiale.

I test hanno aiutato il laboratorio a trovare la sua Zona Riccioli d'Oro. "Se sostituissimo il 50 percento del livello attivo con questa mesh, il materiale otterrebbe il 50 percento in meno di luce e la corrente diminuirebbe, " Disse Verduzco. "A un certo punto, non è pratico. Anche dopo aver confermato che la rete si stava formando, dovevamo determinare quanto tiolo-ene avevamo bisogno per sopprimere la frattura e il massimo che potevamo inserire senza renderlo inutile come dispositivo elettronico".

A circa il 20% di tiolo-ene, hanno scoperto che le cellule conservavano la loro efficienza e guadagnavano flessibilità. "Sono piccole molecole e non interrompono molto la morfologia, " Disse Verduzco. "Possiamo far brillare la luce ultravioletta o applicare calore o semplicemente aspettare, e con il tempo la rete si formerà. La chimica è mite, veloce ed efficiente."

Il passo successivo è stato quello di allungare il materiale. "Pure P3HT (lo strato attivo a base di politiofene) ha iniziato a rompersi a circa il 6% di deformazione, " Ha detto Verduzco. "Quando abbiamo aggiunto il 10 per cento di tiolo-ene, potremmo filtrarlo fino al 14%. Con una deformazione di circa il 16% abbiamo iniziato a vedere crepe in tutto il materiale".

A ceppi superiori al 30%, il materiale si fletteva bene ma divenne inutile come cella solare. "Abbiamo scoperto che essenzialmente non c'è perdita nella nostra fotocorrente fino a circa il 20 percento, " ha detto. "Questo sembra essere il punto debole."

I danni sotto sforzo hanno influito sul materiale anche quando la deformazione è stata rilasciata. "Il ceppo influisce sul modo in cui questi domini di cristallo si impacchettano e si traduce in rotture microscopiche nel dispositivo, " Ha detto Verduzco. "Le lacune e gli elettroni hanno ancora bisogno di percorsi per raggiungere gli elettrodi opposti".

Ha detto che il laboratorio prevede di provare diversi materiali fotovoltaici organici mentre lavora per renderli più elastici con meno additivi per celle di prova più grandi.