Le celle solari organiche (OSC) hanno portato la loro efficienza a oltre il 10% per raggiungere un livello praticabile per la commercializzazione. Però, l'aumento dello spessore dello strato fotoattivo ha portato a livelli di efficienza inferiori, che quindi porta molto complesso processo di fabbricazione.

Un gruppo di ricerca, guidato dal professor Changduk Yang e dal suo gruppo di ricerca presso la School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST, ha introdotto un nuovo metodo in grado di risolvere i problemi associati allo spessore degli strati fotoattivi negli OSC. Nello studio, i ricercatori sono riusciti a ottenere un'efficienza del 12,01 per cento nelle celle solari organiche, utilizzando un accettore di non pienezza (IDIC) nello strato fotoattivo. Inoltre, il nuovo strato fotoattivo ha mantenuto la sua efficienza iniziale, anche quando lo spessore massimo misurato è nell'intervallo di 300 nm. Ciò contribuirà ad accelerare il processo di progettazione, così come l'ulteriore commercializzazione di OSC.

"Gli strati fotoattivi negli OSC esistenti sono piuttosto sottili (100 nm), e quindi è stato impossibile gestirli tramite un processo di stampa su grande area, " afferma il professor Yang. "Il nuovo strato fotoattivo ha mantenuto la sua efficienza iniziale, anche quando lo spessore massimo misurato è nell'intervallo di 300 nm."

Le celle solari convenzionali sono celle solari inorganiche costituite da semiconduttori di silicio (Si). Sebbene queste celle solari siano altamente efficienti e stabili, sono inflessibili e costosi, quindi difficile da produrre. Perciò, negli ultimi anni, le celle solari organiche leggere (OSC) e le celle solari perovskite hanno guadagnato molta attenzione come candidati promettenti per le celle solari di prossima generazione.

Sebbene gli OSC mostrino un'elevata stabilità e riproducibilità, il livello di efficienza degli OSC non è così elevato come quello delle celle solari in perovskite. Nello studio, Il professor Yang ha risolto i problemi associati allo spessore degli strati fotoattivi negli OSC, facendo così un passo avanti verso la realizzazione del processo di stampa di grandi aree.

Gli strati fotoattivi utilizzati nelle celle solari convertono l'energia solare in energia elettrica. Quando questi strati sono esposti alla luce solare, gli elettroni eccitati sfuggono dall'atomo e generano elettroni liberi e lacune in un semiconduttore. Qui, l'energia elettrica è fornita dal movimento di elettroni e lacune. Il trasferimento di elettroni è indicato come "Canale I", mentre il movimento dei fori si riferisce a come 'Canale II'.

"Le celle solari a base di fullerene utilizzano solo il 'Canale I a causa dell'assorbimento inefficiente della luce nei sottili strati attivi, " dice Sang Myeon Lee nel programma Combined MS/Ph.D. presso la School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST, il primo autore dello studio. "Le nuove celle solari sono in grado di utilizzare sia il Canale I che il Canale II, realizzando così un alto livello di efficienza del 12,01 percento."

"Questo studio evidenzia l'importanza di ottimizzare il compromesso tra separazione/trasporto di carica e dimensione del dominio per ottenere NF-PSC ad alte prestazioni, " afferma il professor Yang. "In futuro contribuiremo alla produzione e alla commercializzazione di celle solari organiche ad alta efficienza".

"Il nostro studio presenta un nuovo percorso per la sintesi di materiali fotoattivi non fullerenici, " afferma il professor Yang. "Speriamo di contribuire ulteriormente alla produzione e alla commercializzazione di cellule OSC ad alta efficienza".