Nuove strade per celle solari organiche efficienti

Attualmente, le prestazioni di film blend OPV, miscele binarie di materiali donatore elettrone e accettore elettrone, hanno raggiunto approssimativamente il 10 %. La loro bassa efficienza di conversione della potenza è causata da diversi meccanismi di perdita che impediscono l’estrazione delle cariche fotogenerate. Questi meccanismi sono attribuiti principalmente alla nano morfologia sfavorevole delle miscele OPV, che invece di promuovere l’estrazione delle cariche libere favorisce la loro ricombinazione.

Gli scienziati hanno iniziato il progetto DELUMOPV (“Delayed luminescence spectroscopy of organic photovoltaic systems”), finanziato dall’UE, per fornire ulteriori informazioni sui processi che attualmente limitano l’efficienza della conversione della potenza dei dispositivi OPV organici processabili in soluzione. A questo scopo, l’attenzione è stata concentrata sullo sviluppo di una metodologia per trasformare la nano morfologia dello strato per favorire l’estrazione delle cariche e aumentare la produzione di fotocorrente. Inoltre, DELUMOPV ha cercato di identificare degli accettori di elettroni alternativi ai costosi derivati del fullerene attualmente utilizzati.

Gli scienziati hanno confermato che l’intensità della luminescenza ritardata degli stati ritardati degli eccimeri (delplex) nell’ordine dei microsecondi è collegata con l’efficienza della produzione di fotocorrente dei dispositivi OPV. In particolare, le dinamiche di decadimento della luminescenza ritardata degli stati di trasferimento di carica hanno fornito utili informazioni riguardanti il trasporto di carica degli strati fotoattivi in esame. I risultati ottenuti dagli esperimenti di attenuamento della fotoluminescenza indotto da campo elettrico hanno mostrato che la ricombinazione di cariche libere e cariche intrappolate nei dispositivi OPV è responsabile della luminescenza ritardata del trasferimento di carica.

Gli scienziati hanno progettato un’attrezzatura spettroscopica all’avanguardia per studiare la luminescenza ritardata proveniente da diverse combinazioni di materiali. Per fare questo sono stati usati molto materiali accettori dell’elettrone non basati sul fullerene e matrici polimeriche donatrici dell’elettrone. Mediante delle tecniche microscopiche, gli scienziati hanno osservato un effetto di memoria precedentemente non identificato nei compositi polimerici OPV. L’utilizzo di un sottile strato intermedio nei dispositivi OPV fatto con uno strato di polimero fotoattivo ha aiutato nella messa a punto della sua morfologia sostanzialmente per ottimizzare l’estrazione della carica.

Le attività di DELUMOPV miravano a mantenere il vantaggio competitivo dell’UE nei settori dei componenti elettronici organici e dell’OPV. Ci si aspetta che i risultati del progetto fungano da base per dei confronti tra i sistemi OPV basati sul fullerene e quelli non basati sul fullerene. Questo dovrebbe fornire un prezioso feedback agli scienziati, che dovrebbe consentire la progettazione della prossima generazione di strutture molecolari che combinano le caratteristiche vantaggiose sia del fullerene che di altri polimeri.