Le celle solari organiche (OSC), che utilizzano polimeri organici per convertire la luce solare in elettricità, hanno ricevuto notevole attenzione per le loro proprietà desiderabili come fonti di energia di prossima generazione. Queste proprietà includono la sua natura leggera, flessibilità, scalabilità e un'elevata efficienza di conversione di potenza (>19%). Attualmente esistono diverse strategie per migliorare le prestazioni e la stabilità degli OSC. Tuttavia, un problema che rimane è la difficoltà di controllare la morfologia dello strato attivo negli OSC quando si passa a grandi aree. Ciò rende difficile ottenere film sottili di strato attivo di alta qualità e, a sua volta, mettere a punto l'efficienza del dispositivo.

In uno studio recente, un team di ricercatori del Gwangju Institute of Science and Technology, Corea, ha deciso di affrontare questo problema. Nel loro lavoro, pubblicato in Materiali funzionali avanzati , hanno suggerito una soluzione che a prima vista sembra piuttosto controintuitiva:utilizzare il trattamento dell'acqua per controllare la morfologia dello strato attivo.

"È noto che l'acqua ostacola le prestazioni dei dispositivi elettronici organici, poiché rimane negli "stati di trappola" del materiale organico, bloccando il flusso di carica e degradando le prestazioni del dispositivo. Tuttavia, abbiamo calcolato che usando l'acqua anziché un solvente organico- una soluzione attiva basata come mezzo di metodo di trattamento consentirebbe i cambiamenti fisici necessari senza causare reazioni chimiche", spiega il professor Dong-Yu Kim, che ha guidato lo studio.

I ricercatori hanno scelto i polimeri PTB7-Th e PM6 come materiali donatori e PC₆₁ BM e EH-IDTBR e Y6 come materiali accettori per lo strato attivo. Hanno notato che l'induzione di un vortice per mescolare i materiali del donatore e dell'accettore nella soluzione attiva potrebbe portare a una soluzione attiva ben miscelata, ma da sola non era sufficiente.

La soluzione attiva era idrofobica e, di conseguenza, i ricercatori hanno deciso di utilizzare acqua deionizzata (DI) e vortici per agitare la soluzione. Hanno lasciato che i materiali del donatore e dell'accettore si siedono nel clorobenzene (soluzione attiva dell'ospite) durante la notte, quindi hanno aggiunto acqua DI nella soluzione e l'hanno agitata, creando minuscoli vortici.

A causa della natura idrofobica della soluzione, l'acqua ha spinto le molecole del donatore e dell'accettore, facendole dissolvere più finemente nella soluzione. Hanno quindi lasciato riposare la soluzione, che ha causato la separazione dell'acqua dalla soluzione. Questa acqua è stata quindi rimossa e la soluzione attiva trattata con acqua è stata utilizzata per preparare film sottili di PTB7-Th:PC₆₁ BM (F, fullerene), PTB7-Th:EH-IDTBR (NF, fullerene) e PM6:Y6 (H-NF, non fullerene ad alta efficienza).

I ricercatori hanno quindi esaminato le prestazioni fotovoltaiche di questi film sottili in una configurazione OSC invertita con rivestimento a fessura e le hanno confrontate con quelle degli OSC senza trattamento dell'acqua.

"Abbiamo osservato che la soluzione attiva trattata con acqua portava a film sottili di strato attivo più uniformi, che mostravano efficienze di conversione di potenza maggiori rispetto a quelli non trattati con acqua. Inoltre, abbiamo fabbricato moduli OSC di ampia area con un'area attiva di 10 cm ² , che ha mostrato un'efficienza di conversione dell'11,92% per i film H-NF trattati con acqua", afferma il prof. Kim. + Esplora ulteriormente

Efficienza superiore al 14% per celle solari organiche ternarie con strato attivo spesso 300 nm