Le celle solari organiche stanno migliorando costantemente man mano che vengono sviluppati nuovi materiali per lo strato attivo, e un articolo pubblicato questa settimana su Applied Physics Reviews presenta una guida pratica per la selezione dei materiali per le celle solari organiche ternarie. Gli autori hanno deciso di impiegare l'ingegneria dei componenti per estendere l'assorbimento della luce e l'efficienza delle celle solari in modo semplice, modo fisico invece del complicato processo di sintesi di nuovi semiconduttori. La diffusione di raggi X grandangolare a incidenza radente è stata utilizzata per profilare l'imballaggio molecolare e l'orientamento del materiale del sistema binario con PBDB-T-SF e IT-4F aggiunti in quantità diverse. Credito:dati ottenuti a Beamline I07 presso la Diamond Light Source (Regno Unito)
Le celle solari organiche stanno migliorando costantemente man mano che vengono sviluppati nuovi materiali per lo strato attivo, in particolare quando i materiali sono impilati in un progetto di eterogiunzione bulk che sfrutta più finestre di assorbimento combinate per utilizzare i fotoni in più parti dello spettro.
I materiali non fullerenici sono particolarmente promettenti nelle celle solari organiche binarie, che consente di regolare le proprietà ottiche ed energetiche. Ma, nonostante i loro vantaggi, questi materiali hanno finestre di assorbimento strette. I tentativi di incorporare accettori non fullerenici nelle celle solari organiche includono l'aggiunta di un terzo componente per aumentare la raccolta di fotoni.
Il materiale del terzo componente deve essere accuratamente selezionato in modo che non influenzi la forma e la struttura molecolare in modi che diminuiscano l'efficienza ma assicurino il trasferimento di energia e carica nella direzione corretta.
Un articolo pubblicato questa settimana in Recensioni di fisica applicata presenta una guida pratica per la selezione dei materiali per le celle solari organiche ternarie. Gli autori hanno deciso di impiegare l'ingegneria dei componenti per estendere l'assorbimento della luce e l'efficienza delle celle solari in modo semplice, modo fisico invece del complicato processo di sintesi di nuovi semiconduttori.
Iniziano con un unico accettore di elettroni non fullerene chiamato COi8DFIC, che ha un'efficienza di conversione ad alta potenza grazie al suo elevato gap di banda e alla capacità di trasformare il suo orientamento molecolare dagli orientamenti delle lamelle alle aggregazioni di tipo H e J durante la colata del substrato a caldo. Nello studio, combinano un sistema binario PTB7-Th:COi8DFIC con il donatore di elettroni polimerico PBDB-T-SF e il piccolo accettore di elettroni molecolare IT-4F per determinare l'idoneità di ciascun materiale per i dispositivi ternari.
Hanno scoperto che un materiale donatore o accettore può essere utilizzato con successo in dispositivi ternari:PBDB-T-SF e IT-4F sono risultati efficaci se aggiunti al sistema binario PTB7-Th:COi8DFIC in quantità del 10% e 15% , rispettivamente.
I materiali hanno migliorato la risposta spettrale, ha migliorato la raccolta dei fotoni e ha influenzato l'ordine molecolare dei materiali ospiti per migliorare l'impilamento π-π. L'impilamento dei piani molecolari paralleli all'elettrodo del dispositivo contribuisce direttamente alla mobilità della carica, efficienza di conversione di potenza e mantenimento della separazione di fase fine.
"La coesistenza di aggregazioni di tipo H e J significa che il dispositivo ha uno spettro di assorbimento più ampio e assorbirà più fotoni nelle lunghezze d'onda sia corte che lunghe e li convertirà in cariche, con conseguente maggiore efficienza, " ha detto l'autore Tao Wang.
Gli autori intendono esplorare metodi fisici per controllare meglio la formazione del materiale, per inibire il tipo H e incoraggiare l'aggregazione di tipo J, che estende l'assorbimento della luce verso il vicino infrarosso, rendendo possibili celle solari organiche semitrasparenti.
