Il fotovoltaico organico ha raggiunto efficienze notevolmente elevate, ma trovando combinazioni ottimali di materiali per celle solari organiche ad alte prestazioni, che sono anche economicamente competitivi, rappresenta ancora una sfida. I ricercatori degli Stati Uniti e della Cina hanno ora sviluppato un innovativo materiale interstrato per migliorare la stabilità del dispositivo e le prestazioni degli elettrodi. Nel diario Angewandte Chemie , gli autori descrivono il loro pieno di fullerene, polimero ionico facilmente lavorabile, che aumenta l'efficienza di conversione dell'energia delle celle solari organiche.

A differenza delle comuni celle solari a base di silicio, il fotovoltaico organico (OPV) coinvolge le molecole organiche nella generazione di energia solare. I materiali negli OPV sono abbondanti e lavorabili, economico e leggero, e i moduli possono essere resi flessibili e con proprietà sintonizzabili. Il principale svantaggio di tali materiali è che il raggiungimento della longevità e delle prestazioni elevate richiede impostazioni e architetture elaborate. Le combinazioni ottimizzate di materiali che corrispondono agli elettrodi rimangono sfuggenti.

I metalli d'argento o d'oro formano stabili all'aria, catodi lavorabili, ma riducono anche il potenziale del dispositivo. Per superare questo problema, Yao Lui all'Università di Tecnologia Chimica di Pechino (Cina), e Thomas Russell e Todd Emrick all'Università del Massachusetts, Amherst (Stati Uniti), e i loro gruppi di ricerca, hanno sviluppato un nuovo materiale polimerico che funge da intercalare tra l'elettrodo e lo strato attivo. Questo intercalare deve essere conduttivo e deve abbassare la funzione di lavoro del catodo prevedendo un dipolo interfacciale.

Come materiale intercalare, i ricercatori hanno studiato una nuova classe di polimeri carichi, i polimeri ionenici. "I polimeri ionenici sono policationi in cui le parti cariche sono posizionate all'interno della struttura polimerica piuttosto che come gruppi pendenti, " spiegano gli autori. Ciò porta a una distribuzione di carica più elevata rispetto ai polimeri cationici convenzionali, e in aggiunta, migliore accordabilità. I polimeri di ionene forniscono un utile dipolo interfacciale, ma solo, mancano della conduttività richiesta.

Perciò, gli autori hanno incluso i fullereni nella struttura strutturale dello strato polimerico. Le cosiddette "bucky ball" - sfere di fullerene fatte esclusivamente di carbonio - sono già utilizzate come molecole accettore comuni nei dispositivi OPV. Sono altamente conduttivi e hanno molte altre proprietà favorevoli.

Gli scienziati hanno preparato il materiale interstrato fullerene-ionene innovando la chimica convenzionale di polimerizzazione a stadi con nuovi, monomeri funzionali. Hanno assemblato i dispositivi OPV e hanno incluso un intercalare. Il risultato è stato un notevole aumento dell'efficienza di conversione dell'alimentazione, in media tre volte, rispetto ai dispositivi senza intercalare. Efficienze superiori al 10% indicano un'ulteriore applicabilità di questi dispositivi modulari.

Questo lavoro mostra che una modifica relativamente semplice alla composizione dei materiali può migliorare l'efficienza nell'elettronica organica e può superare i problemi intrinseci legati alla combinazione di materiali duri (elettrodi) e morbidi (a strati attivi).