Immagine fotoconduttrice di microscopia a forza atomica (pc-AFM) di una cella solare organica a base di nanofili polimerici liscia
Gli scienziati dell'NPL hanno raggiunto una svolta significativa nella metrologia del fotovoltaico organico, una tecnologia per l'energia solare. La ricerca ha dimostrato un nuovo tipo di microscopia a forza atomica in grado di "vedere" all'interno di una cella fotovoltaica organica funzionante e di mettere in relazione la sua struttura tridimensionale in nanoscala con le sue prestazioni.
Le celle solari fotovoltaiche sono diventate una vista molto più comune negli ultimi anni, spesso installati sui tetti dove convertono silenziosamente la luce solare in elettricità pulita per case e aziende.
Una cella fotovoltaica organica è un tipo di cella solare che utilizza l'elettronica organica (a base di carbonio) e potrebbe essere potenzialmente più economica, alternativa più efficiente e flessibile agli odierni sistemi fotovoltaici. La tecnologia è sull'orlo della commercializzazione ma rimangono diversi ostacoli, compreso un necessario aumento delle prestazioni.
Molti progressi recenti si sono verificati grazie al riconoscimento del ruolo fondamentale che la morfologia svolge nell'efficienza, ma in precedenza era difficile misurare esattamente come forma e struttura influiscano sulle caratteristiche elettriche e quindi sulle prestazioni.
Un disegno schematico della configurazione utilizzata per le misurazioni PC-AFM.
Questa ricerca ha dimostrato che è possibile ottenere informazioni strutturali ed elettriche, sia in superficie che sotto la superficie ad una profondità di almeno 20 nanometri in celle solari organiche funzionanti. Il nuovo metodo di misurazione si basa su una tecnica chiamata microscopia a forza atomica fotoconduttiva (pc-AFM) che utilizza una sonda su nanoscala per misurare contemporaneamente la topografia e la generazione di fotocorrente.
Questa tecnica può fornire una correlazione diretta tra la morfologia su scala nanometrica di una cella solare organica funzionante e le sue caratteristiche prestazionali.
Questa svolta migliorerà la comprensione della tecnologia, consentendo ai produttori di migliorare l'efficienza dei loro prodotti ottimizzando la struttura su scala nanometrica del materiale fotovoltaico organico.
Il lavoro ha beneficiato di forti legami con l'Imperial College di Londra, che hanno contribuito con la loro esperienza nella fabbricazione di materiali e dispositivi.
Un manoscritto che descrive la ricerca è stato pubblicato in Scienze energetiche e ambientali .
