(Phys.org) — Una ricerca della North Carolina State University rivela che l'efficienza delle celle solari si basa su un delicato equilibrio tra le dimensioni e la purezza degli strati interni, o domini. Questi risultati possono portare a progetti migliori e migliori prestazioni nelle celle solari organiche.

Le celle solari a base di polimeri sono destinate ad avere due domini, costituito da un accettore di elettroni e un materiale donatore di elettroni. L'efficienza delle celle solari si basa su diversi fattori:la facilità con cui gli eccitoni (le particelle di energia create dalle celle solari quando viene assorbita la luce) possono viaggiare verso l'interfaccia dei domini donatore e accettore conservando quanta più energia possibile; e, una volta separate le cariche dagli eccitoni, con quanta efficienza le cariche separate viaggiano verso gli elettrodi del dispositivo per la raccolta.

In realtà, però, questi domini non sono separati e puri, e possono finire per essere molti più di due. Gli attuali metodi di lavorazione creano un complesso, struttura multidominio, che influisce su tutti i fattori coinvolti nell'efficienza della cella solare.

Il fisico dello stato di NC Harald Ade e i suoi collaboratori volevano scoprire esattamente come la complessa struttura della cella solare influisce sulle sue prestazioni. Utilizzando tecniche avanzate di raggi X molli, Ade e colleghi dell'Accademia cinese delle scienze hanno scoperto che i domini si mescolavano in modi insoliti e talvolta contraddittori.

"Immagina i due materiali del dominio della cella solare come un impasto per torte con uno strato di vaniglia e uno di cioccolato, " dice Ade. "Inizialmente, l'area interfacciale - dove si toccano gli strati - è grande quanto la tua tortiera. Mentre mescoli gli strati tirando una forchetta attraverso la pastella per creare dei vortici, più della vaniglia tocca il cioccolato e crei ancora più area interfacciale. In una cella solare, un'area più interfacciale serve ad aumentare le prestazioni aumentando la separazione di carica.

"Però, se continui a mescolare gli strati, ottieni una pastella uniforme con meno purezza, che diminuisce le prestazioni della cella solare quando le cariche si ricombinano e vengono perse a causa di un'eccessiva miscelazione.

"Ciò che troviamo è che nei dispositivi reali la struttura è simile alla creazione di vortici con forcelle di dimensioni diverse utilizzando una combinazione di movimenti grandi o piccoli. Questo crea due scale di lunghezza che possono avere diversi gradi di uniformità della pastella, portando a complessi compromessi tra dimensione, purezza e prestazioni. Il nostro compito ora è comprendere questi compromessi e scoprire come progettare celle solari che ne traggano vantaggio".