Le celle solari organiche sono fatte di materiali economici e abbondanti, ma la loro efficienza e stabilità sono ancora inferiori a quelle delle celle solari a base di silicio. Un team di scienziati cinesi-tedeschi ha trovato un modo per migliorare la conduttività elettrica delle celle solari organiche, che ne aumenta le prestazioni. Drogando l'intercalare di ossido di metallo, che collegava l'elettrodo e lo strato attivo, con un colorante organico modificato ha potenziato sia l'efficienza che la stabilità, lo studio pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie rivelato.

Le celle solari organiche convertono la luce in corrente elettrica. Il cuore delle cellule è lo strato organico attivo costituito da molecole organiche appositamente progettate. Qui, elettroni e lacune, le controparti positive degli elettroni, sono generati dalla luce e viaggiano verso gli elettrodi per formare la corrente elettrica. Un problema ricorrente nella progettazione delle celle solari organiche è l'abbinamento dei tipi di materiale. Gli elettrodi sono realizzati con materiali inorganici, ma lo strato attivo è organico. Per unire i due materiali, intercalari di ossido di metallo sono introdotti in molti tipi di cellule organiche. Ma nella maggior parte dei disegni, le conducibilità risultanti non sono ottimali.

Frank Würthner all'Università di Würzburg, Germania, e Zengqi Xie alla South China University of Technology (SCUT), Canton, Cina, ha studiato l'idea di creare un intercalare di ossido di zinco leggermente più organico e fotoconduttivo per ridurre la resistenza di contatto quando irradiato dalla luce solare. Gli scienziati hanno preparato un colorante organico in modo tale da formare complessi stabili con gli ioni di zinco presenti nello strato di ossido di zinco. Sotto la luce del sole, questo colorante modificato chiamato idrossi-PBI inietterebbe quindi elettroni nell'interstrato di ossido di zinco, che ne aumenterebbe la conduttività.

Gli scienziati hanno quindi assemblato la cella solare organica, che consisteva in un elettrodo di vetro all'ossido di indio e stagno (ITO), lo strato di ossido di zinco drogato con il colorante idrossi-PBI, lo strato attivo costituito da un polimero come donatore di elettroni e una molecola organica come accettore, un altro intercalare di ossido di metallo, e un elettrodo di alluminio come elettrodo positivo. Questa architettura, che è chiamata cellula eterogiunzione bulk invertita, è quello di una cella solare organica di ultima generazione, che raggiunge un'efficienza di conversione di potenza massima del 15%.

Il doping intercalare è stato vantaggioso in diversi modi. A seconda del colorante, gli scienziati hanno verificato le prestazioni di diversi coloranti con strutture leggermente diverse, sono state raggiunte efficienze di conversione di quasi il 16%. E anche l'interstrato di ossido di zinco drogato con colorante sembrava essere più stabile di uno senza il drogaggio. Gli autori hanno affermato che era importante che il colorante PBI fosse modificato nella sua forma idrossi-PBI, che ha dato origine a complessi stretti con gli ioni zinco. Solo allora una struttura ibrida inorganica-organica potrebbe evolvere per formare un buon contatto con i materiali attivi.