Mostrando la ricerca del laboratorio del professor GaneshBalasubramanian (Group for Interfacial and Nanoengineering), Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Meccanica, Università di Lehigh, Betlemme, USA. Nonostante i recenti progressi nell'efficienza di conversione dell'energia delle celle solari organiche, una visione della stabilità termomeccanica guidata dalla lavorazione degli strati attivi di eterogiunzione bulk è ancora giustificata. Correlare l'elastomorfologia con le prestazioni del dispositivo richiede una comprensione più profonda della fisica a livello molecolare, come presentato in questa ricerca sull'interazione tra elaborazione, termodinamica e stabilità meccanica dei tipici strati fotoattivi nelle celle solari organiche. Crediti:Laboratorio del Professor Ganesh Balasubramanian (Group for Interfacial and Nanoengineering), Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Meccanica, Università di Lehigh, Betlemme.
Le celle solari organiche sono ideali per l'uso nell'elettronica flessibile a causa della natura intrinsecamente malleabile dei polimeri semiconduttori. Recenti ricerche sull'interazione tra elaborazione, la termodinamica e la stabilità meccanica dei tipici strati fotoattivi nelle cellule organiche stanno fornendo una comprensione più profonda di questi materiali ad alto potenziale.
Ganesh Balasubramanian, PC Rossin assistant professor di ingegneria meccanica e meccanica alla Lehigh University, e il suo studente laureato Joydeep Munshi si sono recentemente proposti di capire quanto siano stabili questi materiali quando vengono deformati, e se le proprietà promettenti possono essere realizzate in condizioni di carico difficili quando le celle solari possono essere soggette a stiramento e compressione. Attraverso esperimenti computazionali che utilizzano le risorse di calcolo della classe dirigente di Frontera, il team ha dimostrato che l'aggiunta di piccole molecole alla miscela di polimeri semiconduttori migliora le prestazioni e la stabilità del materiale utilizzato nelle celle solari organiche. Prevedono che questo è vero anche per il materiale delle celle solari organiche più in generale.
Lo studio è descritto in un articolo, "Elasto-morfologia di P3HT:celle solari organiche a eterogiunzione bulk PCBM" presente sul retro di copertina di Materia morbida . Altri autori includono:i professori TeYu Chien presso l'Università del Wyoming e Wei Chen, alla Northwestern University.
"Sulla base della letteratura precedente, abbiamo anticipato che le variazioni nei parametri di lavorazione dei materiali avrebbero influenzato la struttura e le proprietà termiche e meccaniche di queste celle solari, "dice Balasubramanian. "Tuttavia, la scoperta che la presenza di piccoli additivi molecolari può aumentare le proprietà meccaniche è una nuova conoscenza acquisita da questo lavoro".
La squadra ha dimostrato che, oltre all'efficienza di conversione dell'energia solare in energia elettrica, la stabilità meccanica e la flessibilità delle tipiche celle solari organiche sono significativamente influenzate dalla presenza di additivi molecolari.
"Questo potrebbe rivelarsi cruciale per la commercializzazione di celle solari organiche, "dice Balasubramanian.
I risultati sono stati ottenuti eseguendo simulazioni molecolari su larga scala nel supercomputer Frontera, con sede presso il Texas Advanced Computing Center (TACC) presso l'Università del Texas ad Austin), che è il supercomputer accademico più veloce del mondo. Le previsioni consistevano nei meccanismi di deformazione della miscela polimerica in condizioni di deformazione e nell'esame della struttura/morfologia del materiale al momento del caricamento. La squadra di Balasubramanian è stata tra le prime ad utilizzare Frontera.
Mentre approcci simili sono stati considerati per interrogare le proprietà dei materiali fotovoltaici organici, la correlazione tra la struttura del materiale e le proprietà elastiche non era stata fatta prima, secondo Balasubramanian. Aggiungendo additivi molecolari alle miscele polimeriche, materiali e dispositivi avanzati per l'energia solare possono essere fabbricati in grado di sostenere condizioni operative estreme di stress-deformazione offrendo prestazioni superiori.
Aggiunge:"La ricerca ha il potenziale per fornire nuove direzioni per le pratiche scientifiche in questo campo della ricerca sui materiali e sull'energia".
