Una recente sperimentazione condotta dai ricercatori della École Polytechnique Fédérale di Losanna in Svizzera ha permesso di individuare una nuova tecnica per incrementare l’efficienza delle celle solari. I risultati della ricerca sono stati illustrati sulla rivista specializzata Nature Communications in un articolo dal titolo “The fate of electron–hole pairs in polymer:fullerene blends for organic photovoltaics”.

Gli esperimenti sono stati condotti presso il laboratorio Jaques Moser della EPFL. Gli scienziati svizzeri hanno utilizzato una tecnica di misura e studio dello spettro nota come spettroscopia di elettroassorbimento ultraveloce risolta nel tempo (TREAS). La tecnica del TREAS è stata messa a punto nel laboratorio Moser. Un lavoro intenso e complesso che ha richiesto tre anni. Lo strumento consente di misurare in tempo reale la distanza che separa le cariche generate dalla luce nello strato attivo di una cella solare fotovoltaica.

Nello studio i ricercatori spiegano che nelle celle solari la luce genera cariche opposte nello strato attivo. Le cariche devono essere separate il più velocemente possibile per evitare che si ricombinino. Le cariche positive sono condotte da un campo elettrico a uno dei contatti metallici, mentre le cariche negative migrano in direzione opposta verso l’altro elettrodo.

Il merito degli scienziati dell’EPFL è stato di aver tracciato il percorso delle cariche in una tipologia avanzata di cella solare. I ricercatori hanno seguito le cariche fotogenerate nelle miscele fullereni-polimeriche utilizzate nella fabbricazione delle celle solari in plastica.

La tecnica impiegata sfrutta il sistema di rilevamento ottico del campo elettrico di un materiale. Un campo esterno viene applicato al dispositivo e colpisce lo spettro di assorbimento dei materiali che compongono lo strato fotoattivo. Questo effetto è noto come “elettroassorbimento” o “effetto Stark.”

Un impulso laser ultracorto genera le cariche elettriche, che iniziano a separarsi. Questo processo induce un campo elettrico che si oppone a quello applicato esternamente. Il risultato è un decremento dell’ampiezza del segnale di elettroassorbimento che può essere rilevato in tempo reale con una risoluzione da pico a femtosecondi.

I dati raccolti dallo studio hanno fatto luce sui meccanismi di separazione delle cariche fotogenerate in questo tipo di fotovoltaico organico, così come sugli effetti della morfologia delle miscele fullereni-polimeriche. La scoperta permetterà di progettare convertitori di energia solare più efficienti.

6 settembre 2016
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