Una modifica molecolare ha migliorato le prestazioni delle celle solari organiche, avvicinandoci al più economico, efficiente, e fotovoltaico più facilmente fabbricabile. Il nuovo approccio progettuale, mirando alla spina dorsale molecolare dello strato generatore di energia della cellula, è stato sviluppato da scienziati dell'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) dell'Università di Kyoto e pubblicato sulla rivista Scienze chimiche .

Si prevede che il fotovoltaico organico diventerà la prossima generazione di celle solari poiché utilizzano componenti più economici, e sono più leggeri, flessibile e di facile fabbricazione rispetto alle celle solari inorganiche attualmente utilizzate.

"C'è una crescente preoccupazione per l'uso dei combustibili fossili e il loro impatto ambientale, "dice Hiroshi Imahori, un ingegnere molecolare presso iCeMS che ha guidato il lavoro con il collega Tomokazu Umeyama. "Dobbiamo lavorare sodo per migliorare i sistemi energetici sostenibili".

Lo strato generatore di energia nel fotovoltaico organico contiene molecole che donano o accettano elettroni. La luce viene assorbita da questo sottile strato, eccitando le molecole, che generano cariche che vanno a formare una corrente elettrica. Ma affinché la luce venga convertita in modo efficiente in elettricità, il componente che accetta gli elettroni deve rimanere eccitato.

Un tipo di cellula organica è molto bravo ad assorbire un ampio spettro di luce, ma non rimane eccitato a lungo. Per cercare di affrontare questo, Imaori, Umeyama ei loro colleghi in Giappone hanno preso di mira la spina dorsale molecolare del componente che accetta gli elettroni della cellula. Nello specifico, hanno sostituito un anello centrale con una molecola chiamata tienoazacoronene, creando una nuova molecola chiamata TACIC.

Simile al suo predecessore, TACIC ha assorbito un ampio spettro di luce visibile e nel vicino infrarosso. In modo significativo, ha mantenuto il suo stato eccitato 50 volte più a lungo, convertire più del 70% delle particelle luminose in corrente. Il design ha raggiunto questo obiettivo stabilizzando la vibrazione e la rotazione che normalmente si verificano quando la luce viene assorbita, risparmiando energia cinetica e facilitando l'interazione intermolecolare.

La cella continua ad avere un'efficienza di conversione di potenza di poco inferiore al 10%, che è paragonabile ad altre celle solari organiche oggetto di ricerca. Il team ritiene che le modifiche alle catene laterali e alla struttura centrale della molecola di tienoazacoronene potrebbero migliorare ulteriormente l'efficienza del fotovoltaico organico.