Il fotovoltaico semitrasparente è in grado di convertire la luce solare in elettricità senza bloccare la luce visibile. Ciò li rende interessanti per la realizzazione di applicazioni integrate, come finestre, facciate e serre.

A differenza delle tradizionali celle a base di silicio, il fotovoltaico organico può essere flessibile e può anche essere personalizzato per essere trasparente. Tuttavia, più la cella solare è trasparente, meno luce cattura per produrre elettricità.

Le celle solari organiche si basano tipicamente su uno strato attivo chiamato eterogiunzione di massa, composto da materiali donatori e accettori di elettroni, per catturare e convertire la luce solare. Al contatto, la luce solare può eccitare gli elettroni verso stati energetici più elevati nell'eterogiunzione, creando coppie elettrone-lacuna, o eccitoni, che si staccano all'interfaccia donatore-accettore.

Con questa separazione di carica, gli elettroni migrano verso l'accettore, mentre le lacune caricate positivamente si muovono verso il donatore, generando elettricità. Le eterogiunzioni di solito hanno quantità uguali di materiali donatori e accettori per promuovere la raccolta e la conversione della luce, ma i dispositivi non sono trasparenti.

Negli ultimi cinque anni, gli accettori non fullerenici hanno prodotto dispositivi basati sull’eterogiunzione con efficienze da record, vicine al 20%. Tuttavia, i ricercatori hanno recentemente suggerito che le pellicole monocomponente dell'accettore non fullerenico Y6 potrebbero generare cariche senza la necessità di un'eterogiunzione se esposte alla luce solare.

Ispirato da questa scoperta, il team guidato da Derya Baran e dal postdoc Anirudh Sharma ha studiato la generazione di carica in altri accettori non fullerenici. Similmente a Y6, gli accettori, che assorbono fortemente la luce del vicino infrarosso, producono cariche senza un'interfaccia donatore-accettore. Lo hanno fatto perché l’eccitone si è diviso spontaneamente, cosa che ha sorpreso i ricercatori. I risultati sono pubblicati sulla rivista Advanced Materials .

"Ciò mette alla prova la nostra comprensione del funzionamento di questi dispositivi e richiede una rivalutazione", afferma Sharma.

I ricercatori hanno sviluppato un fotovoltaico organico semitrasparente termicamente stabile utilizzando gli accettori che assorbono il vicino infrarosso. Questi sono più trasparenti nella regione visibile, con o senza una quantità minima di materiali donatori visibili che assorbono la luce in un'eterogiunzione.

In assenza di materiale donatore, i dispositivi hanno funzionato male a causa di una separazione di carica limitata. L'aggiunta di un donatore ha migliorato la generazione di carica e la migrazione dei fori verso l'anodo, migliorando l'efficienza. "Questo ci ha permesso di realizzare celle solari parzialmente trasparenti, pur convertendo la luce solare in elettricità", afferma Sharma.

I moduli solari basati su dispositivi semitrasparenti hanno prodotto un'efficienza del 5,3% e una trasmittanza visibile dell'82%, indicando il loro elevato grado di trasparenza.

"Stiamo ora studiando gli accettori non fullerenici di prossima generazione a un livello fondamentale per comprendere la loro fotofisica e in che modo gli strati di trasporto di carica influiscono sulle prestazioni complessive dei dispositivi di omogiunzione", afferma Sharma.