(Phys.org) —Una nuova versione di celle solari create dai laboratori delle università della Rice e della Pennsylvania State potrebbe aprire la porta alla ricerca su una nuova classe di dispositivi a energia solare.

I dispositivi fotovoltaici creati in un progetto guidato dall'ingegnere chimico Rice Rafael Verduzco e dall'ingegnere chimico Penn State Enrique Gomez sono basati su copolimeri a blocchi, materiali organici autoassemblanti che si dispongono in strati distinti. Superano facilmente le altre cellule con composti polimerici come elementi attivi.

La scoperta è dettagliata online nella rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .

Mentre commerciale, le celle solari a base di silicio trasformano circa il 20% della luce solare in elettricità e le unità sperimentali superano il 25%, c'è stata una corrente sotterranea di ricerca sulle celle a base di polimeri che potrebbero ridurre notevolmente il costo dell'energia solare, disse Verduzco. Le celle Rice/Penn State raggiungono circa il 3% di efficienza, ma questo è sorprendentemente migliore di quello che altri laboratori hanno ottenuto utilizzando composti polimerici.

"Sono necessari due componenti in una cella solare:uno per trasportare elettroni (negativi), l'altro per portare cariche positive, Ha detto Verduzco. Lo squilibrio tra i due indotto dall'apporto di energia – la luce solare – crea corrente utile.

Dalla metà degli anni '80, i ricercatori hanno sperimentato l'impilamento o la miscelazione di componenti polimerici con scarso successo, disse Verduzco. Le successive miscele polimero/fullerene hanno raggiunto il 10% di efficienza, ma i fullereni – in questo caso, buckyball C-60 potenziati:sono difficili da lavorare, Egli ha detto.

Il laboratorio Rice ha scoperto un copolimero a blocchi, P3HT-b-PFTBT, che si separa in bande larghe circa 16 nanometri. Più interessante per i ricercatori è stata la naturale tendenza dei polimeri a formare bande perpendicolari al vetro. Il copolimero è stato creato in presenza di uno strato superiore di vetro/indio stagno ossido (ITO) a una modesta temperatura di 165 gradi Celsius.

Con uno strato di alluminio sull'altro lato del dispositivo costruito dal team di Penn State, le bande polimeriche si sono allungate dagli elettrodi superiori a quelli inferiori e hanno fornito un percorso chiaro per il flusso degli elettroni.

"Su carta, i copolimeri a blocchi sono ottimi candidati per le celle solari organiche, ma nessuno è stato in grado di ottenere ottime prestazioni fotovoltaiche utilizzando copolimeri a blocchi, " Ha detto Verduzco. "Non abbiamo rinunciato all'idea di copolimeri a blocchi perché c'è stato davvero solo una manciata di questi tipi di celle solari precedentemente testate. Pensavamo che ottenere buone prestazioni utilizzando i copolimeri a blocchi fosse possibile se avessimo progettato i materiali giusti e fabbricato le celle solari nelle giuste condizioni".

restano i misteri, Egli ha detto. "Non è chiaro perché il copolimero si organizzi perpendicolarmente agli elettrodi, " ha detto. "La nostra ipotesi è che entrambi i polimeri vogliano essere in contatto con il vetro rivestito di ITO. Pensiamo che forzi questo orientamento, anche se non l'abbiamo ancora dimostrato".

Ha detto che i ricercatori vogliono sperimentare altri copolimeri a blocchi e imparare a controllare le loro strutture per aumentare la capacità della cella solare di catturare fotoni e trasformarli in elettricità. Una volta che hanno ottenuto prestazioni più elevate dalle cellule, il team esaminerà l'uso a lungo termine.

"Ci concentreremo prima sulle prestazioni, perché se non riusciamo ad arrivare abbastanza in alto, non c'è motivo di affrontare alcune delle altre sfide come la stabilità, " ha detto Verduzco. Incapsulare una cella solare per evitare che l'aria e l'acqua si degradino è facile, Egli ha detto, ma proteggerlo dalla degradazione ultravioletta nel tempo è difficile. "Devi esporlo alla luce del sole. Che non puoi evitare."