Celle solari che utilizzano miscele di molecole organiche per assorbire la luce solare e convertirla in elettricità, che può essere applicato su superfici curve come la carrozzeria di un'auto, potrebbe essere un passo avanti grazie a una scoperta che sfida il pensiero convenzionale su uno dei componenti chiave di questi dispositivi.

Una cella solare organica di base è costituita da una sottile pellicola di semiconduttori organici inserita tra due elettrodi che estraggono le cariche generate nello strato di semiconduttore organico al circuito esterno. È stato a lungo ipotizzato che il 100% della superficie di ciascun elettrodo dovrebbe essere elettricamente conduttivo per massimizzare l'efficienza dell'estrazione di carica.

Gli scienziati dell'Università di Warwick hanno scoperto che gli elettrodi nelle celle solari organiche in realtà hanno bisogno solo dell'1% della loro superficie per essere elettricamente conduttivi per essere pienamente efficaci, che apre le porte all'utilizzo di una gamma di materiali compositi all'interfaccia tra gli elettrodi e gli strati di semiconduttori organici che raccolgono la luce per migliorare le prestazioni del dispositivo e ridurre i costi. La scoperta, pubblicato oggi (11 settembre), è riportato in Materiali funzionali avanzati .

Il dirigente accademico, Dr. Ross Hatton del Dipartimento di Chimica dell'Università, ha dichiarato:"Si presume ampiamente che se si desidera ottimizzare le prestazioni delle celle solari organiche è necessario massimizzare l'area dell'interfaccia tra gli elettrodi e i semiconduttori organici. Abbiamo chiesto se fosse davvero vero".

I ricercatori hanno sviluppato un elettrodo modello che potrebbe modificare sistematicamente la superficie di, e ha scoperto che quando fino al 99% della sua superficie era elettricamente isolante, l'elettrodo funziona ancora bene come se il 100% della superficie fosse conduttore, purché le regioni conduttrici non siano troppo distanti.

Le celle solari organiche ad alte prestazioni hanno strati trasparenti aggiuntivi alle interfacce tra gli elettrodi e lo strato semiconduttore organico di raccolta della luce che sono essenziali per ottimizzare la distribuzione della luce nel dispositivo e migliorarne la stabilità, ma deve anche essere in grado di condurre cariche agli elettrodi. Questo è un compito arduo e non molti materiali soddisfano tutti questi requisiti.

Dott.ssa Dinesha Dabera, il ricercatore post-dottorato su questo progetto finanziato dal Leverhulme Trust, spiega:"Questa nuova scoperta significa compositi di isolanti e nanoparticelle conduttrici come i nanotubi di carbonio, frammenti di grafene o nanoparticelle metalliche, potrebbe avere un grande potenziale per questo scopo, offrendo prestazioni del dispositivo migliorate o costi inferiori.

"Le celle solari organiche sono molto vicine alla commercializzazione ma non sono ancora arrivate del tutto, quindi tutto ciò che ti consente di ridurre ulteriormente i costi e allo stesso tempo di migliorare le prestazioni contribuirà a renderlo possibile."

Dottor Hatton, che sarà intervistata da Serena Bashal della UK Youth Climate Coalition al British Science Festival questa settimana, spiega:"Quello che abbiamo fatto è dimostrare una regola di progettazione per questo tipo di cella solare, che apre possibilità molto maggiori per la scelta dei materiali nel dispositivo e quindi potrebbe aiutare a consentire la loro realizzazione commercialmente.''

Le celle solari organiche sono potenzialmente molto rispettose dell'ambiente, perché non contengono elementi tossici e possono essere lavorati a bassa temperatura mediante deposizione roll-to-roll, quindi può avere un'impronta di carbonio estremamente bassa e un breve tempo di ammortamento energetico.

Il Dr. Hatton spiega:"C'è un bisogno in rapida crescita di celle solari che possono essere supportate su substrati flessibili, leggeri e regolabili nel colore. Le celle solari al silicio convenzionali sono fantastiche per la generazione di elettricità su larga scala nelle fattorie solari e sui tetti degli edifici , ma sono poco adatti alle esigenze dei veicoli elettrici e per l'integrazione nelle finestre degli edifici, che non sono più applicazioni di nicchia. Le celle solari organiche possono sedersi su superfici curve, e sono molto leggeri e di basso profilo.

"Questa scoperta può aiutare a consentire a questi nuovi tipi di celle solari flessibili di diventare una realtà commerciale prima perché offrirà ai progettisti di questa classe di celle solari una scelta più ampia dei materiali che possono utilizzare".