Celle fotovoltaiche da molecole organiche: pubblicato lo studio del Politecnico di Milano

Pubblicato il 2 Aprile 2021

Nuove prospettive per le celle fotovoltaiche sono emerse da uno studio pubblicato su Nature Communications e realizzato dai ricercatori del dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, in collaborazione con alcuni colleghi dell’università di Erlangen-Norimberga e dell’Imperial College di Londra.

La ricerca, che vede tra gli autori Franco Valduga de Almeida Camargo, dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN-CNR) e il professor Giulio Cerullo, si è concentrata sulle celle fotovoltaiche realizzate con tecnologia organica, di struttura flessibile.

Quelle più diffuse attualmente, basate su tecnologia al silicio, sono invece di struttura rigida e richiedono sofisticate e costose infrastrutture per la loro fabbricazione, oltre a elevati costi di smaltimento.

Un’alternativa per sostituire il silicio in futuro sono le celle solari “di plastica”, in cui una miscela di due semiconduttori organici, uno donatore e uno accettore di elettroni, viene impiegata per l’assorbimento dell’energia luminosa e la sua conversione in energia elettrica.

Tutti i vantaggi di una tecnologia più semplice

L’uso di molecole organiche porta diversi vantaggi, come ad esempio una tecnologia più semplice, un costo di produzione e di smaltimento ridotto, la flessibilità meccanica e l’accesso alla diversità chimica associata ai materiali organici: in futuro, quindi, le celle fotovoltaiche potrebbero essere indossate sopra i vestiti, oppure posizionate sulle auto o ancora sopra gli ombrelloni in spiaggia.

D’altra parte, però, i materiali organici hanno una fisica molto più complessa rispetto a quella dei materiali inorganici cristallini (come il silicio), in particolare riguardo ai processi di trasferimento di carica alle interfacce donatore-accettore, che causano perdite di efficienza.

Dopo quattro anni di lavoro, i ricercatori sono riusciti a realizzare celle solari con nuovi materiali in cui le perdite dovute agli stati di interfaccia sono minimizzate. Studiando questi materiali con impulsi laser ultrabrevi, sono riusciti a identificare le ragioni fisiche che sono alla base di questa eccezionale prestazione, presentando un modello generale di ottimizzazione valido anche per altre combinazioni di materiali.

Le celle fotovoltaiche realizzate con la tecnologia organica costituiranno una sorgente di energia più economica e con minore impatto ambientale. E, vista la loro flessibilità meccanica, potranno essere inserite in diversi oggetti di uso comune come finestre, macchine, o anche vestiti e cappotti.