Per rendere sempre più competitiva l’energia solare occorre scovare nuove materie prime per realizzare i pannelli fotovoltaici, meno costose del silicio ma che permettano di produrre semiconduttori altrettanto efficienti. Negli ultimi anni la ricerca si sta concentrando sulle celle solari organiche, decisamente più economiche, con l’obiettivo di aumentarne l’efficienza, al momento ancora troppo scarsa per pensare a una produzione commerciale in grado di ripagare l’investimento iniziale.

I ricercatori della North Carolina State University hanno compiuto enormi progressi nello sviluppo di celle solari organiche più efficienti, grazie a un nuovo metodo produttivo. L’équipe coordinata dal Prof. Brendan O’Connor, docente di ingegneria meccanica, ha indagato sul ruolo ricoperto dalla struttura dei diversi materiali nel determinare l’efficienza delle celle fotovoltaiche. Come ha illustrato O’Connor:

Sono stati compiuti molti studi sull’efficienza delle celle solari organiche, ma il processo di conversione dell’energia prevede più passaggi ed è difficile isolare l’efficienza di ogni passaggio. La nostra tecnica ci permette di districare le variabili e concentrarci su un passaggio specifico: l’efficienza della dissociazione eccitonica.

La luce solare assorbita dalle celle fotovoltaiche organiche eccita gli elettroni che praticano un foro nello strato attivo. L’eccitone che si viene a creare incontra un’interfaccia composta da un altro materiale organico e si dissocia in 3 fasi, facendosi largo attraverso il livello attivo dove può essere immagazzinato.

Finora i ricercatori facevano fatica a identificare le cause dell’inefficienza delle celle solari organiche, non riuscendo a distinguere le varie fasi del processo. Grazie a questi studi sarà ora possibile capire se la cella perde in efficienza durante la fase di dissociazione degli eccitoni in elettroni liberi o quando gli elettroni liberi cercano un passaggio attraverso lo strato attivo del materiale.

I ricercatori hanno infatti creato delle nanostrutture ordinate nello strato attivo di una cella solare organica, distinguendole dalle regioni disorganizzate grazie a una caratteristica della luce. Se la luce viene polarizzata parallelamente all’asse delle molecole viene infatti assorbita, mentre se è perpendicolare alle molecole passa attraverso lo strato attivo della cella senza assorbimento.

La ricerca ha dato risultati sorprendenti. Gli scienziati non hanno scoperto alcuna relazione tra l’efficienza del processo dissociativo e l’organizzazione strutturale della cella solare organica.

Per generare elettroni liberi non occorrono dunque nanostrutture ordinate. Grazie a questa tecnica sarà possibile identificare le cause della perdita di efficienza dei diversi materiali impiegati per le celle solari organiche, individuando quelli più efficienti e costruendo nanostrutture specifiche per ottenere risultati migliori.

26 gennaio 2015
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