La produzione di pannelli fotovoltaici su scala industriale potrebbe presto diventare più sostenibile grazie a un nuovo metodo di assemblaggio dei film polimerici. L’innovativa tecnica è stata messa a punto da un’équipe di ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory, presso il Dipartimento dell’Energia statunitense.

Gli scienziati hanno identificato una sostanza tensioattiva a basso impatto ambientale con una composizione chimica simile a quella un detergente, capace di assemblare i polimeri fotovoltaici. I metodi impiegati attualmente dall’industria fotovoltaica richiedono invece l’utilizzo di solventi più aggressivi e nocivi per l’ambiente.

La nuova tecnica consentirà la produzione di pannelli fotovoltaici più efficienti grazie all’auto-assemblaggio di polimeri esenti da difetti, in grado di trasportare velocemente le cariche elettriche.

Lo studio effettuato dai ricercatori americani ha dimostrato che questo obiettivo non è lontano e può essere raggiunto grazie alla comprensione dei meccanismi cinetici e termodinamici che controllano l’aggregazione del polimero.

I ricercatori hanno creato un polimero semiconduttore composto da una struttura centrale idrofoba e da catene laterali idrosolubili. Il polimero è stato immerso in una soluzione acquosa contenente una molecola tensioattiva caratterizzata da estremità idrofobe e idrofile. Variando la temperatura e la concentrazione dei reagenti, i polimeri si autoassemblavano dando vita a nanostrutture di forma diversa: dagli esagoni alle micelle sferiche.

Per verificare i cambiamenti che avvenivano all’interno del polimero nel passaggio dallo stato liquido allo stato solido gli scienziati hanno impiegato una tecnica di analisi molto sofisticata nota come scattering di neutroni. L’efficacia di questo sistema è stata potenziata grazie a un’altra tecnica, nota come deuterazione selettiva, in cui atomi di idrogeno specifici presenti nei polimeri vengono sostituiti da atomi di deuterio. Questo metodo accentua i contrasti presenti nella struttura molecolare permettendo il monitoraggio dei cambiamenti che avvengono nella materia.

Grazie ai progressi della ricerca in futuro sarà possibile creare celle solari con caratteristiche e funzioni sempre più avanzate. I dettagli della sperimentazione sono stati pubblicati sulla rivista specializzata Nanoscale.

8 ottobre 2015
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