Immaginate la tecnologia come un’auto da corsa che sfreccia lungo una pista:può andare solo alla velocità consentita dal suo motore. Ma proprio quando sembrava che le celle solari organiche si trovassero di fronte a un ostacolo, ecco che arriva 3PNIN, una molecola rivoluzionaria a forma di elica, pronta a mettere il turbo al loro progresso e a sfondare le barriere.
Le celle solari organiche (OSC) rappresentano l’apice dell’energia rinnovabile, ma alcuni componenti sono rimasti significativamente indietro rispetto alla traiettoria dello sviluppo in corso. In particolare, i materiali interfacciali catodici (CIM) non sono riusciti a sostenere lo slancio necessario per far fronte al continuo miglioramento degli OSC.
I CIM svolgono un ruolo fondamentale nel facilitare la conduzione della corrente dal metallo al semiconduttore e viceversa; quindi, se non hanno prestazioni di trasporto degli elettroni, l'efficienza di conversione della potenza (PCE) degli OSC è compromessa. In risposta a questa sfida, i ricercatori hanno approfondito lo studio del modo in cui la struttura molecolare influisce sulle prestazioni complessive sia della cellula che dei materiali di interfaccia.
Due composti a forma di elica esemplificano l'influenza significativa che la configurazione molecolare può esercitare sul miglioramento della funzionalità dei CIM e, di conseguenza, delle prestazioni fotovoltaiche degli OSC.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati su Nano Research .
Lo studio ha riportato due isomeri, 3PNIN e 3ONIN, che sono molecole che condividono la stessa formula ma possiedono disposizioni distinte di gruppi end-capped. Queste diverse disposizioni di gruppo consentono diverse interazioni intermolecolari all'interno di un isomero che potrebbero non essere ottenibili con l'altro.
"Nel vasto regno dell'energia rinnovabile, gli OSC sono saliti alla ribalta, caratterizzati dalla loro architettura eterea, semi-trasparenza, produzione economicamente vantaggiosa e assemblaggio stampato scalabile, annunciando una nuova era nell'alimentazione di tecnologie indossabili flessibili", ha osservato il Prof. Minghua Huang, uno degli autori dello studio.
L’importanza di questa tecnologia in un mondo in cui le fonti energetiche sostenibili hanno guadagnato notevole popolarità (e necessità) non può essere sopravvalutata. Dopo aver testato gli isomeri a forma di elica presentati in questa ricerca, i risultati hanno rivelato che i due composti possono esercitare effetti molto diversi in base alla loro configurazione, con una variante che supera l'altra nel migliorare la funzionalità dei CIM.
3PNIN presenta una struttura molecolare più planare rispetto alla sua controparte, 3ONIN. Questa disparità strutturale consente ai gruppi end-capped in 3PNIN di giacere più piatti rispetto a 3ONIN, dimostrando così miglioramenti significativi nella funzionalità, come la mobilità degli elettroni e la conduttività. "Di conseguenza, i dispositivi OSC trattati con 3PNIN e 3ONIN producono PCE rispettivamente del 17,73% e del 16,82%," ha affermato Huang.
3PNIN mostra una promessa significativa nella fabbricazione di un dispositivo termicamente stabile migliorando allo stesso tempo il PCE degli OSC, oltre ai vantaggi di mobilità e conduttività migliorate rispetto alla tecnologia prevalente ampiamente utilizzata per i CIM. Un ulteriore perfezionamento dei dispositivi OSC trattati con l'isomero 3PNIN ha il potenziale per migliorare l'accessibilità e i tassi di efficienza di questa fonte di energia.
I miglioramenti apportati agli OSC possono esercitare un impatto diffuso sul panorama delle energie rinnovabili e potrebbero estendersi ad altri ambiti della tecnologia che fanno affidamento sull'elettronica organica.
Ulteriori informazioni: Hao Liu et al, Isomeri NI a forma di elica del materiale interfacciale del catodo per celle solari organiche efficienti, Nano Research (2024). DOI:10.1007/s12274-024-6482-z
Fornito dalla Tsinghua University Press
