Le celle solari organiche sono dispositivi fotovoltaici (PV) a film sottile che utilizzano materiali organici come strato attivo per assorbire la luce solare e generare elettricità. Il trattamento con solvente è un passaggio cruciale nella fabbricazione di celle solari organiche, poiché la scelta del solvente può influenzare in modo significativo la morfologia e le proprietà dello strato attivo.
In questo studio, i ricercatori dell'OIST hanno studiato l'effetto di diverse miscele di solventi sulla struttura e sulle prestazioni delle celle solari organiche basate su una miscela di poli(3-esiltiofene) (P3HT) e acido [6,6]-fenil-C61-butirrico estere metilico (PCBM). Hanno utilizzato una combinazione di tecniche sperimentali, tra cui la diffusione di raggi X a piccolo angolo di incidenza radente (GISAXS), la microscopia a forza atomica (AFM) e la spettroscopia di fotoluminescenza (PL), per caratterizzare la morfologia e le proprietà dello strato attivo.
I ricercatori hanno scoperto che la scelta della miscela di solventi ha avuto un impatto significativo sulla separazione di fase e sulla cristallinità della miscela P3HT:PCBM. Hanno osservato che l’utilizzo di una miscela di clorobenzene e 1,8-diiodoottano (DIO) ha portato a una separazione di fase più pronunciata e a una maggiore cristallinità rispetto all’utilizzo del solo clorobenzene. Questa morfologia migliorata ha comportato un migliore trasporto dei portatori di carica e migliori prestazioni del dispositivo, portando a un'efficienza di conversione di potenza (PCE) superiore al 5%, che è tra le più alte riportate per le celle solari P3HT:PCBM processate in soluzione.
Lo studio evidenzia l'importanza della selezione del solvente nella fabbricazione di celle solari organiche e fornisce approfondimenti sulla relazione tra la morfologia indotta dal solvente e le prestazioni del dispositivo. Controllando la miscela di solventi, è possibile ottimizzare la separazione di fase e la cristallinità dello strato attivo, portando a un migliore trasporto di carica e a maggiori efficienze di conversione di potenza nelle celle solari organiche.
"I nostri risultati fanno luce sull'intricata interazione tra miscele di solventi, morfologia dello strato attivo e prestazioni del dispositivo nelle celle solari organiche", afferma il dott. Masaki Taniguchi, l'autore principale dello studio. “Questa conoscenza può essere sfruttata per progettare e fabbricare celle solari organiche ad alte prestazioni con morfologie su misura, consentendo la loro più ampia adozione nelle tecnologie fotovoltaiche di prossima generazione”.
