Uno strato di raccolta della luce a tre componenti aumenta le prestazioni in una cella solare organica.

L'aggiunta di un ingrediente in più allo strato di cattura della luce di una tecnologia emergente di celle solari può migliorare significativamente tutti gli aspetti delle sue prestazioni di raccolta dell'energia, I ricercatori KAUST hanno dimostrato.

Il team sta sviluppando un'alternativa alla tecnologia solare al silicio chiamata celle solari organiche, che possono essere formulati in inchiostri per la produzione a basso costo. Sebbene le celle solari organiche non corrispondano ancora del tutto all'efficienza di cattura della luce delle celle al silicio, il design a tre componenti li avvicina di molto.

Ci sono stati miglioramenti significativi nelle prestazioni delle celle solari organiche grazie a un ripensamento della loro formulazione. Tipicamente, le cellule sono costituite da due molecole che catturano la luce:una donatrice di elettroni e l'altra accettore di elettroni, che aiutano a separare le cariche elettriche generate quando la luce colpisce il materiale. Le prime celle solari organiche usavano molecole chiamate fullereni come accettori di elettroni, ma questi materiali avevano raggiunto un plateau di prestazioni.

"L'emergere di accettori non fullereni ha aperto un nuovo orizzonte, aumentando l'efficienza di conversione dell'energia certificata dal 10,9 percento al 15,6 percento in soli quattro anni, "dice Xin Song, uno studente laureato nel gruppo di ricerca di Derya Baran nel KAUST Solar Center.

Un'innovazione più recente consiste nell'aggiungere una piccola quantità di un terzo componente, un accettore di elettroni aggiuntivo o un donatore di elettroni aggiuntivo, nella miscela organica che raccoglie la luce. Il terzo componente può migliorare la lavorabilità e produrre una qualità superiore, strato di raccolta della luce ad alte prestazioni. In alternativa, può assorbire energia luminosa a lunghezze d'onda complementari agli altri due componenti della miscela.

Ora, Baran, Song e i suoi collaboratori hanno identificato un terzo componente che migliora contemporaneamente entrambi gli aspetti delle prestazioni del dispositivo. Il team ha incorporato un secondo donatore di elettroni chiamato BIT-4F-T in un materiale solare organico. Questa molecola è stata scelta per diversi motivi, Song spiega:il suo profondo potenziale di ionizzazione, che avvantaggia le proprietà elettroniche della cellula; il suo assorbimento di luce complementare per raccogliere più luce; e la sua elevata cristallinità, che migliora la processabilità.

Insieme, questi miglioramenti hanno aumentato le prestazioni della cella solare del 15% rispetto alla miscela a due componenti, consentendogli di raggiungere un'efficienza complessiva di conversione dell'energia solare del 14%. Anche le celle contenenti BIT-4F-T hanno mantenuto prestazioni significativamente maggiori nel tempo.

Il team prevede poi di indagare se il materiale a tre componenti può essere prodotto utilizzando un sistema di produzione facile, tecnologia di rivestimento su larga scala pur mantenendo una stabilità del dispositivo superiore, Canzone dice. I ricercatori testeranno anche il materiale in una cella solare tandem, rivestendo la miscela organica ternaria su un altro materiale solare. "Dalla nostra simulazione, la configurazione in tandem spingerà l'efficienza oltre il 17%, "dice Canzone.