I ricercatori dell'Università di Kanazawa hanno condotto un'indagine dettagliata sui meccanismi molecolari con cui le celle solari organiche subiscono danni quando sono esposte alla luce solare. Questa ricerca ha importanti implicazioni per lo sviluppo di pannelli solari di nuova generazione che combinano alta efficienza, basso costo, e lunga durata del dispositivo.

L'energia solare rappresenta un elemento importante delle future soluzioni di energia rinnovabile. Storicamente, i pannelli solari tendono ad essere inefficienti o troppo costosi per la maggior parte dei proprietari di case da considerare per l'installazione. Una nuova classe di celle solari che utilizza strati di polimeri a base di carbonio offre un'efficienza fino al 10%, considerato il minimo per l'uso pratico, a un prezzo accessibile. L'ostacolo principale rimanente all'ampia adozione di questi nuovi fotovoltaici è la breve durata di questi dispositivi perché il danno cumulativo del sole tende a erodere le loro prestazioni. A causa della natura multistrato dei dispositivi, è spesso difficile identificare i meccanismi molecolari attraverso i quali questa degradazione dell'efficacia si verifica nel tempo.

Ora, sulla base dei risultati delle curve corrente-tensione, spettroscopia di impedenza, e spettrofotometria UV-VIS, un team di ricerca presso l'Università di Kanazawa ha determinato un fattore importante che può causare prestazioni ridotte. Simile al modo in cui le cellule della pelle a base di carbonio possono ottenere una brutta scottatura solare dalla luce ultravioletta del sole dopo una giornata in spiaggia, i ricercatori hanno scoperto che le fragili molecole organiche nello strato semiconduttore possono essere danneggiate dall'esposizione.

"Abbiamo scoperto che i danni della luce UV hanno aumentato la resistenza elettrica dello strato di semiconduttore organico, " afferma il primo autore Makoto Karakawa. Ciò ha portato a una riduzione del flusso di corrente e quindi a una diminuzione complessiva dell'efficienza. Utilizzando un metodo noto come tempo di volo di desorbimento/ionizzazione laser assistito da matrice, i ricercatori hanno determinato i probabili prodotti di degradazione dai danni solari. Quando alcuni atomi di zolfo nei materiali vengono sostituiti da atomi di ossigeno dall'atmosfera, le molecole non funzionano più come previsto.

"Mentre i nuovi materiali semiconduttori organici ci hanno permesso di aumentare drasticamente l'efficienza complessiva, abbiamo scoperto che tendono ad essere più fragili ai danni dei raggi UV, " spiega l'autore senior Kohshin Takahashi. Sulla base di questa comprensione, potrebbe essere possibile progettare dispositivi più robusti che mantengano ancora il loro elevato tasso di conversione dell'energia, che è un passo importante per rendere il solare una porzione ancora più ampia della generazione di energia rinnovabile.