La luce che colpisce questa cella solare organica fa fluire gli elettroni tra i suoi strati, creando una corrente elettrica. Le misurazioni effettuate dal team di ricerca NIST/NRL hanno determinato lo spessore migliore per gli strati, una scoperta che potrebbe aiutare a ottimizzare le prestazioni delle cellule. Credito:NIST
(PhysOrg.com) -- Le celle solari organiche potrebbero essere un passo avanti verso il mercato grazie alle misurazioni effettuate presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) e il Naval Research Laboratory (NRL) degli Stati Uniti, dove un team di scienziati ha sviluppato una migliore comprensione fondamentale di come ottimizzare le prestazioni delle cellule.
Le celle solari prototipo realizzate con materiali organici attualmente sono molto indietro rispetto alle celle fotovoltaiche convenzionali a base di silicio in termini di produzione di elettricità. Ma se si possono sviluppare anche cellule organiche ragionevolmente efficienti, avrebbero vantaggi distinti:costerebbero molto meno da produrre rispetto alle celle convenzionali, potrebbe coprire aree più vaste, e plausibilmente potrebbe essere riciclato molto più facilmente.
Le cellule studiate dal team sono realizzate impilando centinaia di strati sottili che si alternano tra due diversi materiali organici:ftalocianina di zinco e C 60 , le molecole di carbonio a forma di pallone da calcio a volte chiamate buckminsterfullereni, o "buckyballs." La luce che colpisce questo film multistrato eccita tutti i suoi strati dall'alto verso il basso, inducendoli a cedere gli elettroni che scorrono tra gli strati di buckyball e ftalocianina, creando una corrente elettrica.
Ogni strato è spesso solo pochi nanometri, e la variazione del loro spessore ha un effetto drammatico su quanta corrente elettrica emette la cella complessiva. Secondo il chimico del NIST Ted Heilweil, determinare lo spessore ideale degli strati è fondamentale per realizzare le celle più performanti.
“In sostanza, se gli strati sono troppo sottili, non generano abbastanza elettroni per far fluire una corrente sostanziale, ma se sono troppo spessi, molti degli elettroni rimangono intrappolati nei singoli strati, "dice Heilweil. "Volevamo trovare il punto debole."
Trovare quel "punto debole" ha comportato l'esplorazione della relazione tra lo spessore dello strato e due diversi aspetti del materiale. Quando la luce colpisce il film, gli strati generano un primo “picco” di corrente che poi decade abbastanza velocemente; la cella ideale genererebbe elettroni il più costantemente possibile. La modifica dello spessore dello strato influisce sul tasso di decadimento iniziale, ma influisce anche sulla capacità complessiva del materiale di trasportare elettroni, quindi il team voleva trovare la combinazione ottimale di questi due fattori.
Paul Lane di NRL ha sviluppato una serie di film con strati di diverso spessore, e il team ha effettuato misurazioni in entrambi i laboratori che hanno tenuto conto dei due fattori, scoprendo che strati di circa due nanometri di spessore danno le migliori prestazioni. Heilweil afferma che i risultati lo incoraggiano a pensare che le celle prototipo basate su questa geometria possano essere ottimizzate, anche se rimane un ostacolo ingegneristico:trovare il modo migliore per ottenere l'elettricità.
“Non è ancora chiaro come incorporare al meglio nanostrati così sottili nei dispositivi, "dice. "Speriamo di sfidare gli ingegneri che possono aiutarci con quella parte."
