Solar Magazine – L’Università di Groningen presenta una nuova cella solare organica al 17%.

Le celle solari organiche sono sottili, flessibili e facili da produrre, ma sono meno efficienti delle celle solari al silicio.

ossido di stagno
I fisici dell’Università di Groningen sono tra i migliori al mondo con le loro celle solari organiche più moderne. Un vantaggio della nuova cella solare è che può essere fabbricata con tecnologie facili da scalare. Il design contiene uno strato conduttivo di ossido di stagno realizzato mediante deposizione di strati atomici (AlD). I ricercatori hanno già diverse idee per migliorare l’efficienza e la stabilità di queste celle solari. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Materials.

Nelle celle solari organiche, i polimeri e le piccole molecole convertono la luce in cariche che vengono raccolte dagli elettrodi. Le celle solari sono realizzate come un film sottile con strati diversi, ciascuno con proprietà diverse, impilati su un substrato. Lo strato fotovoltaico è il più importante, converte la luce in cariche e le separa in elettroni e “buchi” positivi. Inoltre, anche lo strato di trasporto è molto importante, in quanto trasporta gli elettroni all’elettrodo.

strato di trasporto
“Nella maggior parte delle celle solari organiche, lo strato di trasporto è costituito da ossido di zinco, un materiale conduttivo trasparente che si trova sotto lo strato attivo”, afferma David Garcia-Romero, uno studente di dottorato nel gruppo di ricerca sulla fotofisica e l’optoelettronica presso l’Istituto di Zernek per Materiale avanzato. . Questo gruppo è guidato dalla professoressa Maria Antonita Lui. García Romero e Lorenzo Di Mario, ricercatori post dottorato dello stesso gruppo, hanno sviluppato l’idea di utilizzare l’ossido di stagno per questo strato di trasporto. “L’ossido di zinco reagisce alla luce in modo più forte rispetto allo stagno, e quindi dovrebbe garantire una cella più stabile”, spiega García-Romero. Inoltre, hanno utilizzato una struttura inversa, posizionando lo strato di trasporto sopra lo strato attivo.

Sebbene l’ossido di stagno sembrasse promettente in diversi altri studi, non è stato trovato alcun metodo valido per creare uno strato di trasporto in una cella solare organica. “Abbiamo utilizzato una tecnologia chiamata ALD, che non è stata utilizzata per molto tempo con questo tipo di celle solari”, afferma Garcia Romero. Con questo metodo è possibile creare strati di ottima qualità e la tecnologia è scalabile per uso industriale, ad esempio nella produzione di fusti.

addetto al confezionamento
Le celle solari organiche aggiornate hanno dimostrato di funzionare molto bene. “Abbiamo ottenuto il punteggio di efficienza più elevato, pari al 17,26%,” afferma García Romero. Il cosiddetto fattore di riempimento, che è una misura importante della qualità delle celle solari, ha un valore di circa il 79%, che è anche il valore più alto per questo tipo di materiale. Inoltre, è stato possibile regolare le proprietà ottiche e strutturali dell’ossido di stagno variando la temperatura alla quale il materiale è stato depositato. La massima conversione della luce in energia è stata raggiunta in celle in cui lo strato di ossido di stagno è stato depositato a 140 °C. Questo risultato è stato ottenuto con due diversi strati attivi, il che indica che l’ossido di stagno migliora l’efficienza in base a un principio generale.

“Il nostro obiettivo era realizzare celle solari organiche in modo efficiente e scalabile”, afferma García-Romero. L’efficienza raggiunta si avvicina al massimo attuale per le celle solari organiche, circa il 19%. E non abbiamo ancora ottimizzato gli altri strati del materiale. Quindi ora dobbiamo fare un altro passo avanti. Vorrebbe anche realizzare celle solari più grandi con il coautore Lorenzo Di Mario. Funzionano con un’efficienza inferiore, ma sono essenziali nelle applicazioni reali, come i pannelli solari.

Presto
Una nuova cella solare con un fattore di riempimento straordinariamente elevato è un buon punto di partenza per ulteriori sviluppi. Garcia Romero: “È ancora un po’ presto per chiedere ai partner industriali di farlo, prima dobbiamo fare più ricerca noi stessi. Speriamo che il nostro uso più audace possa ispirare altri nel settore”.

Il professor Lowe aggiunge: ‘Pensiamo che ci sia ancora molto da guadagnare nel nostro progetto. Ma usare l’ossido di stagno è un primo passo importante. Questa classe di celle solari può dare un importante contributo al trasferimento di energia, grazie alle loro proprietà meccaniche e al fatto che sono in gran parte trasparenti. Ci aspettiamo che vengano utilizzati in modo molto diverso rispetto ai pannelli solari in silicio. Dobbiamo davvero pensare fuori dagli schemi riguardo all’app.