Le celle solari hanno un grande potenziale come fonte di energia elettrica pulita, ma finora non sono stati economici, leggero, e abbastanza flessibile per un uso diffuso. Ora un team di ricercatori guidato dal Professore Associato di Tandon André D. Taylor del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare ha trovato un modo innovativo e promettente per migliorare le celle solari e rendere più probabile il loro utilizzo in molte applicazioni.

La maggior parte delle celle solari organiche utilizza fullereni, molecole sferiche di carbonio. Il problema, spiega Taylor, è che i fullereni sono costosi e non assorbono abbastanza luce. Negli ultimi 10 anni ha compiuto progressi significativi nel miglioramento delle celle solari organiche, e recentemente si è concentrato sull'utilizzo di non fullereni, che fino ad ora sono stati inefficienti. Però, lui dice, "i non fullereni stanno migliorando abbastanza da dare ai fullereni una corsa ai loro soldi."

Pensa a una cella solare come a un sandwich, dice Taylor. La "carne" o strato attivo, costituito da donatori e accettori di elettroni, è nel mezzo, assorbendo la luce solare e trasformandola in elettricità (elettroni e buchi), mentre il "pane, " o strati esterni, sono costituiti da elettrodi che trasportano l'elettricità. L'obiettivo del suo team era fare in modo che la cella assorbisse la luce attraverso uno spettro il più ampio possibile utilizzando una varietà di materiali, ma allo stesso tempo permettono a questi materiali di lavorare insieme bene. "Il mio gruppo lavora su parti fondamentali del 'sandwich, ' come gli strati di trasporto di elettroni e lacune del 'pane, ' mentre altri gruppi possono lavorare solo sulla 'carne' o sui materiali intercalari. La domanda è:come fai a farli suonare insieme? La giusta miscela di questi materiali disparati è estremamente difficile da ottenere."

L'uso di una molecola di squaraina in un modo nuovo, come agente cristallizzante, ha funzionato. "Abbiamo aggiunto una piccola molecola che funziona da sola come donatore di elettroni e migliora l'assorbimento dello strato attivo, "Spiega Taylor. "Aggiungendo questa piccola molecola, facilita l'orientamento del polimero donatore-accettore (chiamato PBDB-T) con l'accettore non fullerenico, ITIC, in un accordo favorevole."

Questa architettura solare utilizza anche un altro meccanismo di progettazione che il gruppo Taylor ha sperimentato, noto come cella solare basata su FRET. FRET, o trasferimento di energia per risonanza di Förster, è un meccanismo di trasferimento di energia osservato per la prima volta nella fotosintesi, con cui le piante usano la luce solare. Utilizzando una nuova miscela di polimeri e non fullereni con la squaraina, il team ha convertito più del 10% dell'energia solare in energia. Solo pochi anni fa questo era considerato un obiettivo troppo elevato per le celle solari polimeriche a giunzione singola. "Ora ci sono nuovi sistemi polimerici non fullerenici che possono funzionare oltre il 13%, quindi consideriamo il nostro contributo una strategia praticabile per migliorare questi sistemi, "dice Taylor.

Le celle solari organiche sviluppate dal suo team sono flessibili e un giorno potrebbero essere utilizzate in applicazioni a supporto di veicoli elettrici, elettronica indossabile, o zaini per caricare i cellulari. Infine, potrebbero contribuire in modo significativo alla fornitura di energia elettrica. "Ci aspettiamo che questo metodo dell'agente cristallizzante attiri l'attenzione di chimici e scienziati dei materiali affiliati all'elettronica organica, "dice Yifan Zheng, Ex studente di ricerca di Taylor e autore principale dell'articolo sul lavoro nella rivista Materiali oggi .

Il prossimo per il team di ricerca? Stanno lavorando su un tipo di cella solare chiamata perovskite e continuano a migliorare le celle solari organiche non fullerene.