Nella ricerca di soluzioni energetiche sostenibili, la ricerca di celle solari più efficienti è fondamentale. Le celle fotovoltaiche organiche sono emerse come un'alternativa promettente alle tradizionali controparti basate sul silicio grazie alla loro flessibilità ed efficacia in termini di costi. Tuttavia, l'ottimizzazione delle prestazioni rimane una sfida significativa.
Con una mossa pionieristica, una nuova ricerca dell'Università Abdullah Gül (Türkiye) reinventa la struttura delle celle fotovoltaiche organiche, optando per una forma a guscio emisferico per sbloccare un potenziale senza precedenti nell'assorbimento della luce e nella copertura angolare.
Come riportato nel Journal of Photonics for Energy , questa configurazione innovativa mira a massimizzare l'assorbimento della luce e la copertura angolare, promettendo di ridefinire il panorama delle tecnologie di energia rinnovabile. Lo studio presenta analisi computazionali avanzate e benchmark comparativi per mettere in luce le straordinarie capacità di questo nuovo design.
Nello studio, il professor Dooyoung Hah dell'Università Abdullah Gül sonda gli spettri di assorbimento all'interno dello strato attivo a forma di guscio emisferico, fornendo un esame dettagliato di come la luce interagisce con la struttura e i materiali della cellula attraverso una tecnica computazionale nota come elemento finito tridimensionale. analisi (FEA).
La FEA può aiutare a risolvere problemi ingegneristici complessi dividendo le strutture in parti più piccole e più gestibili chiamate elementi finiti, che consentono la simulazione e l'analisi del comportamento dell'intera struttura in varie condizioni, come diverse lunghezze d'onda della luce e angoli di incidenza.
I risultati FEA riportati sono notevoli. Quando sottoposta a luce polarizzata elettrica trasversale (TE), la struttura del guscio emisferico ha mostrato un notevole aumento del 66% nell’assorbimento della luce rispetto ai dispositivi a struttura piatta. Allo stesso modo, per la luce polarizzata magnetica trasversale (TM), è stato osservato un notevole miglioramento del 36%.
In contrasto con i design del guscio semicilindrico precedentemente riportati, la struttura del guscio emisferico è emersa come un chiaro favorito. Vantava un significativo aumento del 13% nell'assorbimento della luce per la polarizzazione TE e un impressionante miglioramento del 21% per la polarizzazione TM.
Oltre alle sue eccezionali capacità di assorbimento, la struttura a guscio emisferico offre una copertura angolare ampliata, che si estende fino a 81 gradi per la polarizzazione TE e 82 gradi per la polarizzazione TM. Questa adattabilità è particolarmente vantaggiosa per le applicazioni che richiedono un'acquisizione flessibile della luce, come i dispositivi elettronici indossabili.
Hah afferma:"Con le caratteristiche migliorate di assorbimento e omnidirezionalità, gli strati attivi proposti a forma di guscio emisferico si troveranno utili in varie aree di applicazione delle celle solari organiche, come i dispositivi biomedici, nonché applicazioni come finestre per la generazione di energia e serre, Internet delle cose e così via."
La forma a guscio emisferico segna un significativo passo avanti nella progettazione delle celle solari organiche. Sfruttando la potenza dell'analisi degli elementi finiti e dell'ingegneria strutturale innovativa, la ricerca riportata aiuta a illuminare la strada per un futuro più luminoso e sostenibile alimentato da energie rinnovabili.
Ulteriori informazioni: Dooyoung Hah, Celle fotovoltaiche organiche a forma di guscio emisferico per il miglioramento dell'assorbimento e una migliore copertura angolare, Journal of Photonics for Energy (2024). DOI:10.1117/1.JPE.14.018501
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