I ricercatori dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) hanno dimostrato celle solari polimeriche (PSC) ad alte prestazioni con efficienza di conversione di potenza (PCE) dell'8,92%, che è il valore più alto riportato fino ad oggi per le PSC plasmoniche che utilizzano nanoparticelle metalliche (NP) .

Una cella solare polimerica è un tipo di celle solari a film sottile realizzate con polimeri che producono elettricità dalla luce solare per effetto fotovoltaico. La maggior parte delle attuali celle solari commerciali sono realizzate con un cristallo di silicio altamente purificato. L'alto costo di queste celle solari in silicio e il loro complesso processo di produzione ha generato interesse nello sviluppo di tecnologie fotovoltaiche alternative.

Rispetto ai dispositivi a base di silicio, I PSC sono leggeri (il che è importante per i piccoli sensori autonomi), processabilità della soluzione (potenzialmente usa e getta), poco costoso da fabbricare (a volte utilizzando l'elettronica stampata), flessibile, e personalizzabile a livello molecolare, e hanno un potenziale minore di impatto ambientale negativo. Le celle solari polimeriche hanno suscitato molto interesse grazie a questi numerosi vantaggi.

Nonostante questi numerosi vantaggi, I PSC attualmente soffrono di una mancanza di efficienza sufficiente per applicazioni su larga scala e problemi di stabilità, ma la loro promessa di una produzione estremamente economica e alla fine di valori di elevata efficienza li ha portati ad essere uno dei campi più popolari nella ricerca sulle celle solari.

Per massimizzare il PCE, l'assorbimento della luce nello strato attivo deve essere aumentato utilizzando film spessi di eterogiunzione bulk (BHJ). Però, lo spessore dello strato attivo è limitato dalla bassa mobilità dei portatori dei materiali BHJ. Perciò, è necessario trovare il modo per ridurre al minimo lo spessore dei film di BHJ massimizzando la capacità di assorbimento della luce nello strato attivo.

Il team di ricerca ha utilizzato l'effetto di risonanza plasmonica di superficie (SPR) tramite NP d'argento multiposizionali rivestiti di silice (Ag@SiO2) per aumentare l'assorbimento della luce. Il guscio di silice in Ag@SiO2 preserva l'effetto SPR degli Ag NP prevenendo l'ossidazione del nucleo di Ag in condizioni ambientali ed elimina anche la preoccupazione per l'estinzione degli eccitoni evitando il contatto diretto tra i nuclei di Ag e lo strato attivo. La proprietà multiposizionale si riferisce alla capacità di Ag@SiO2 NP di essere introdotti in entrambe le interfacce ITO/PEDOT:PSS (tipo I) e PEDOT:PSS/strato attivo (tipo II) in polimero:PSC BHJ a base di fullerene a causa di i gusci di silice.

Poiché i PSC hanno molti vantaggi, compreso il basso costo, processabilità della soluzione, e flessibilità meccanica, I PSC possono essere adottati in varie applicazioni. Però, dovremmo infrangere la barriera di efficienza del 10% per la commercializzazione dei PSC.

Il prof. Kim ha detto, "Questo è il primo rapporto che introduce NP metalliche tra lo strato di trasporto del foro e lo strato attivo per migliorare le prestazioni del dispositivo. Le proprietà multiposizionali e processabili in soluzione dei nostri materiali di risonanza plasmonica di superficie (SPR) offrono la possibilità di utilizzare più effetti plasmonici introducendo vari metalli nanoparticelle in diverse posizioni spaziali per dispositivi optoelettronici ad alte prestazioni tramite tecniche di produzione di massa".

"Il nostro lavoro è significativo per sviluppare nuove nanoparticelle metalliche e raggiungere quasi il 10% di efficienza utilizzando questi materiali. Se ci concentriamo continuamente sull'ottimizzazione di questo lavoro, la commercializzazione dei PSC sarà una realizzazione ma non un sogno, " ha aggiunto il prof. Park.