Le celle fotovoltaiche super leggere riposano su una bolla di sapone

L’Università King Abdullah per la Scienza e la Tecnologia spinge ancora avanti il solare a thin film grazie alla stampa getto d’inchiostro

celle fotovoltaiche super leggere
© 2020 KAUST; Anastasia Serin

Le celle fotovoltaiche organiche stampate raggiungono un’efficienza del 4,73%

(Rinnovabili.it) – Celle fotovoltaiche super leggere, sottili e flessibili da poter persino “galleggiare” sulla superficie di una bolla di sapone. A scattare l’incredibile fotografia è un team dell’Università King Abdullah per la Scienza e la Tecnologia (KAUST) al lavoro sulla nuova generazione del solare organico thin film. 

Il lavoro, guidato da Derya Baran, mira a creare una nuova fonte d’alimentazione per dispositivi elettronici dove l’uso delle tradizionali batterie è limitante, come ad esempio i biosensori medici e le nuove pelli robotiche. “Piuttosto che ingombranti batterie o una connessione a una rete elettrica, abbiamo pensato di utilizzare celle solari organiche leggere e ultrasottili per raccogliere energia dalla luce, sia all’interno che all’esterno”, spiega la ricercatrice Eloïse Bihar.

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Fino a ieri, queste unità erano realizzate mediante spin-coating o evaporazione termica, tecnologie non scalabili, che limitano la geometria del dispositivo. Questa tecnologia prevede l’utilizzo di un materiale trasparente e conduttivo, ma fragile e inflessibile, chiamato ossido di indio e stagno (ITO) come elettrodo. Per superare queste limitazioni, il team ha impiegato la stampa a getto d’inchiostro“Abbiamo formulato inchiostri funzionali per ogni strato dell’architettura della cella solare”, ha aggiunto il collega Daniel Corzo. 

Una delle grandi novità aggiunte dal team del KAUST è la sostituzione dell’ITO. Per realizzare le nuove celle fotovoltaiche super leggere, il gruppo ha stampato un polimero trasparente, flessibile e conduttivo chiamato PEDOT: PSS, o polistirene solfonato di poli (3,4-etilendiossitiofene). E sempre tramite stampante ha inserito uno strato di materiale fotovoltaico organico (P3HT: O‐ IDTBR) che cattura la luce e uno di ossido di zinco, sigillando l’unità con parylene, un rivestimento protettivo flessibile, impermeabile e biocompatibile.

Come osserva Corzo, la vera sfida è stata sviluppare inchiostri funzionali. “La stampa a getto d’inchiostro è una scienza a sé stante”, afferma lo scienziato. “Le forze intermolecolari all’interno della cartuccia e dell’inchiostro devono essere superate per espellere goccioline molto sottili da un ugello estremamente piccolo. Anche i solventi svolgono un ruolo importante una volta che l’inchiostro si è depositato, perché il comportamento di essiccazione influisce sulla qualità del film”.

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Dopo aver ottimizzato la composizione dell’inchiostro per ogni strato del dispositivo, le celle fotovoltaiche super leggere sono state stampate su vetro per testarne le prestazioni. Hanno raggiunto un’efficienza di conversione del 4,73 per cento, battendo il precedente  record del 4,1 percento per una cella organica completamente stampata.

“I nostri risultati segnano un trampolino di lancio per una nuova generazione di celle solari stampate, versatili e ultraleggere, da utilizzare come fonte di alimentazione o da integrare in dispositivi medici impiantabili”, afferma Bihar. Il lavoro è stato pubblicato su Advanced Material Technologies (testo in inglese).

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