Le celle solari ora possono essere così sottili, leggeri e flessibili che possono poggiare su una bolla di sapone. Le nuove cellule, che catturano efficacemente l'energia dalla luce, potrebbe offrire un modo alternativo per alimentare nuovi dispositivi elettronici, come cerotti medici per la pelle, dove le fonti energetiche convenzionali non sono adatte.

"Gli enormi sviluppi nella pelle elettronica per i robot, sensori per dispositivi volanti e biosensori per rilevare malattie sono tutti limitati in termini di fonti di energia, "dice Eloïse Bihar, un postdoc nel team di Derya Baran, che ha condotto la ricerca. "Piuttosto che batterie ingombranti o un collegamento a una rete elettrica, abbiamo pensato di utilizzare leggerezza, celle solari organiche ultrasottili per raccogliere energia dalla luce, sia all'interno che all'esterno».

Fino ad ora, le celle solari organiche ultrasottili sono state tipicamente realizzate mediante spin-coating o evaporazione termica, che non sono scalabili e che limitano la geometria del dispositivo. Questa tecnica prevedeva l'utilizzo di un materiale trasparente e conduttivo, ma fragile e inflessibile, materiale chiamato ossido di indio e stagno (ITO) come elettrodo. Per superare questi limiti, il team ha applicato la stampa a getto d'inchiostro. "Abbiamo formulato inchiostri funzionali per ciascuno strato dell'architettura della cella solare, "dice Daniele Corzo, un dottorato di ricerca studente nella squadra di Baran.

Invece di ITO, la squadra ha stampato un trasparente, flessibile, polimero conduttivo chiamato PEDOT:PSS, o poli(3, 4-etilendiossitiofene) polistirene solfonato. Gli strati di elettrodi hanno racchiuso un materiale fotovoltaico organico che cattura la luce. L'intero dispositivo potrebbe essere sigillato all'interno di parylene, un flessibile, impermeabile, rivestimento protettivo biocompatibile.

Sebbene la stampa a getto d'inchiostro sia molto suscettibile di scalabilità e produzione a basso costo, sviluppare gli inchiostri funzionali è stata una sfida, Note di Corzo. "La stampa a getto d'inchiostro è una scienza a sé stante, " dice. "Le forze intermolecolari all'interno della cartuccia e dell'inchiostro devono essere superate per espellere goccioline molto fini dall'ugello molto piccolo. Anche i solventi svolgono un ruolo importante una volta depositato l'inchiostro perché il comportamento di asciugatura influisce sulla qualità del film".

Dopo aver ottimizzato la composizione dell'inchiostro per ogni strato del dispositivo, le celle solari sono state stampate su vetro per testarne le prestazioni. Hanno raggiunto un'efficienza di conversione di potenza (PCE) del 4,73%, battendo il precedente record del 4,1% per una cella completamente stampata. Per la prima volta, il team ha anche dimostrato di poter stampare una cella su un substrato flessibile ultrasottile, raggiungendo un PCE del 3,6%.

"I nostri risultati segnano un trampolino di lancio per una nuova generazione di versatili, celle solari stampate ultraleggere che possono essere utilizzate come fonte di alimentazione o essere integrate in dispositivi medici a base di pelle o impiantabili, "Bihar dice.