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Celle solari organiche binarie, dal NIMTE nuovo traguardo di efficienza e stabilità

Celle solari organiche binarie, in pratica la nuova frontiera del fotovoltaico secondo lo studio condotto dal NIMTE in Cina

morghy il robottino giornalista
Morghy, il robottino giornalista

Sempre più attenzione per queste particolari celle fotovoltaiche, soprattutto dopo l‘ultimo studio del NIMTE di Ningbo (Cina). Parliamo infatti delle celle solari organiche binarie, che hanno raggiunto di recente un nuovo record a livello di efficienza e di stabilità nella conversione energetica.

In poche parole, questa tecnologia si sta dimostrando sempre più promettente, e in futuro sarà anche più facile da commercializzare tra coloro che ambiscono a una cella fotovoltaica che abbia più benefici che costi.

Celle solari organiche binarie, cosa sono

Ma prima di parlare dello studio del NINTE, facciamo un passo indietro, e spieghiamo cosa sono le celle solari organiche binarie. Si tratta di una tecnologia che da tempo ha attirato grande attenzione nel campo dei dispositivi elettronici grazie ai loro vantaggi di leggerezza, buona flessibilità meccanica e traslucidità.

Composta da una miscela binaria di materiali donatori e accettori di elettroni, in eterogiunzione di massa, da un lato presenta lo strato di trasporto degli elettroni, dall’altro quello di trasporto delle lacune.

In genere ancorata a un tasso di efficienza di conversione superiore al 18%, questa tecnologia è però minata da vari problemi. Precisa Rinnovabili.it, le celle solari organiche hanno alcune problematiche in merito alla ricombinazione radatiativa e alla scarsa stabilità. Così facendo, il fotovoltaico organico rimane parecchi passi indietro rispetto a quello in silicio o in perovskite.

Ma con il recente studio del NIMTE la situazione potrebbe capovolgersi in meglio.

Lo studio del NIMTE: nuovo record di efficienza

Grazie allo sviluppo di nuovi materiali e all’ottimizzazione del processo di fabbricazione, si è registrato un effettivo miglioramento dell’efficienza di conversione energetica (power conversion efficiency, PCE) delle celle solari organiche, arrivando a superare il 19%.

A confermarlo è un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Ge Ziyi dell’Istituto di Tecnologia e Ingegneria dei Materiali di Ningbo (NIMTE) dell’Accademia Cinese delle Scienze, come riporta Techxplore.

I ricercatori hanno sviluppato due molecole auto-assemblanti (self-assembled molecules, SAMs) con grandi momenti di dipolo e le ha impiegate come strati di trasporto di lacune (hole-transporting layers, HTLs) in queste celle solari organiche binarie, portandole così ad un nuovo record di efficienza di conversione energetica fino al 19,70%.

In parole povere, per garantire la stabilità dovuta agli strati di trasporti degli elettroni, influenzati anche dal trasporto delle lacune (cioè dalle zone prive di elettroni), invece di impiegare il PEDOT: PSS, un polimero conduttivo trasparente di facile lavorazione, si è usato invece due molecole asimmetriche autoassemblate: il BrCz e BrBACz.

Perché il PEDOT:PSS è idrofilo ed acido, caratteristiche che incidono sulla stabilità della cella. Mentre grazie a queste due molecole c’è una maggiore trasmissione, un lavoro più profondo e una minore energia superficiale. E da qui il risultato: una PCE record del 19,70%.

Se vuoi saperne di più su questo lavoro, ti suggeriamo la lettura del paper pubblicato su Angewandte Chemie International Edition.

Xueliang Yu et al, Self‐Assembled Molecules with Asymmetric Backbone for Highly Stable Binary Organic Solar Cells with 19.7 % Efficiency, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202401518

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