Le celle solari organiche sono generalmente meno efficaci delle celle solari al silicio. Ma c'è ancora un mercato per loro, e sono belli ed eccitanti.

I chimici della NTNU stanno lavorando con un tipo di cella solare chiamata cella solare organica, realizzato con un processo che lo rende sensibilizzato al colorante. I ricercatori hanno tratto ispirazione dalle molecole in natura che le piante usano per catturare la luce del sole, e hanno ricreato strutture simili in laboratorio.

Nella corsa per realizzare le celle solari più efficienti per uso esterno, però, le celle solari sensibilizzate al colorante non sono all'altezza. Le celle solari al silicio sono più efficaci per questo scopo.

Le celle solari organiche funzionano meglio quando la luce è debole, come all'interno, e la ricerca discussa in questo articolo si applica alle celle solari interne.

Vantaggi interni

Le celle solari organiche entrano in gioco da sole. Rispetto alle celle solari a base di silicio, sono tremendamente efficaci in condizioni di illuminazione interna. Possono anche essere realizzati modellabili, trasparente o fabbricato in diversi colori.

Oggi, le celle solari organiche a base di coloranti verdi e blu sono molto richieste. Aziende come la società svizzera H.Glass stanno lavorando per commercializzare celle solari sensibilizzate al colorante integrate negli edifici. L'estetica è molto più importante in queste applicazioni.

Un'altra possibile applicazione indoor per le celle solari organiche è quella di fornire energia a vari componenti collegati all'"Internet of Things, " come diversi sensori nelle case intelligenti. È anche ipotizzabile che le celle solari organiche possano essere utilizzate per fornire a dispositivi come tablet e laptop una durata della batteria eterna e rendere superflua la ricarica.

"Stiamo continuando a ricercare questa tecnologia anche se altre celle solari sono più efficienti per l'uso esterno. Questo perché crediamo che queste celle solari abbiano un futuro, e perché la chimica è incredibilmente eccitante. Dopotutto, il nostro campo di studio sono le reazioni organiche, "dice Audun Formo Buene, un recente dottorato di ricerca laureato presso il Dipartimento di Chimica della NTNU.

Il lavoro richiede una ricerca interdisciplinare, combinando la chimica organica, tecnologia dei materiali, elettronica e fisica. Ma cosa stanno facendo esattamente i ricercatori?

Molti tipi di cellule

Una cella solare organica è costruita un po' come un sandwich tra due lastre di vetro che conducono elettricità:un sottile strato di particelle porose di ossido di titanio fornisce un'ampia superficie con spazio per molti coloranti. Quando catturano la luce, i coloranti emettono un elettrone e il circuito può essere chiuso con una soluzione elettrolitica.

Abbondano diversi tipi di celle solari organiche. Usano vari materiali organici per catturare la luce solare:celle solari sensibilizzate a coloranti, polimeri o perovskiti ad alogenuri organici.

Le perovskiti prendono il sopravvento

Un altro aspetto delle celle solari organiche è che l'attuale ricerca fornisce importanti elementi costitutivi sulla strada di un'altra potenziale rivoluzione delle celle solari:la perovskite minerale.

Le perovskiti hanno una struttura cristallina molto specifica. Il minerale ha numerosi usi e si trova spesso nei superconduttori.

La sostituzione delle molecole di colorante con la perovskite consente di creare celle solari altamente efficienti, sebbene la stabilità nel tempo sia stata una sfida per questa tecnologia.

Negli esperimenti di laboratorio, Le misurazioni delle celle solari in perovskite hanno recentemente dimostrato di avere efficienze allo stesso livello delle celle solari al silicio.

"Dalla scoperta della perovskite, la competizione tra le comunità di ricerca è aumentata. Tutti vogliono essere i primi a creare celle solari in perovskite stabili ed efficienti. Ma il gruppo di ricerca dell'NTNU rimane con le celle solari a base di colorante. Con un così forte interesse ora focalizzato sulla perovskite, significa che c'è meno segretezza e più collaborazione tra i gruppi di ricerca che lavorano con gli altri tipi di celle solari organiche, "dice Buene.

L'efficienza è importante, indipendentemente

L'efficienza rimane il fattore più importante per tutte le celle solari. Il lavoro di Buene e dei suoi colleghi è principalmente incentrato sull'aumento dell'efficienza. Le molecole di colorante devono essere adattate allo spettro luminoso, ma devono anche rimanere stabili per diversi anni all'interno della cella solare.

Il gruppo di ricerca della NTNU ha lavorato a lungo con una classe di coloranti che appartiene al gruppo delle fenotiazine dei composti organici. Le polveri coloranti o i cristalli sono spesso di un bel colore rosso intenso e brillante. Ma la ricerca mostra che c'è poco da guadagnare dall'ulteriore sviluppo di cellule con questo tipo di colorante, così i ricercatori hanno iniziato a indagare su un'altra classe di sostanze.

Facendo puzzle con i suoi pezzi

Buene ha lavorato in modo sistematico:ha studiato diversi gruppi atomici, e ha cambiato la composizione in diverse parti della struttura molecolare. Il suo obiettivo è capire cosa rende un colorante buono o cattivo, e come realizzare coloranti migliori in futuro. Questo è come un puzzle in cui crea lui stesso i pezzi del puzzle, prima di cercare di scoprire se, e se sì, dove, si adattano.

Resta molto lavoro da fare prima che le celle solari diventino abbastanza efficienti ed economiche da rendere la tecnologia di dominio pubblico. Però, diverse aziende stanno lavorando per commercializzare la tecnologia, e forse un giorno potrai avere queste celle solari nel tuo soggiorno.