Un pizzico di zinco per celle solari organiche di grandi dimensioni

Dalla Corea del Sud un nuovo metodo per superare i problemi di scalabilità del fotovoltaico organico senza perdere in efficienza. Il segreto? Utilizzare un materiale diverso per gli elettrodi e un nuovo processo di deposizione

celle solari organiche di grandi dimensioni
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Nuovi progressi per la produzione industriale di celle fv organiche 

(Rinnovabili.it) – Celle solari organiche di grandi dimensioni che offrano costi contenuti ma prestazioni elevate. Questo l’obiettivo che da anni rincorre una buona parte della ricerca fotovoltaica mondiale. Questi dispositivi offrono, infatti, una lunga serie di caratteristiche allettanti per il mercato come la leggerezza, la flessibilità e la facilità di integrazione. Oltre ovviamente a non dipendere dalle filiere a cui è legato il più classico fotovoltaico al silicio.

Uno dei problemi più grandi in questo campo rimane la scalabilità. O meglio la difficoltà a mantenere le efficienze raggiunte in laboratorio su piccole superfici fotoattive anche nei prodotti di grandi dimensioni richiesti dal mercato. Una nuova ricerca, proveniente dalla Corea del Sud, dà oggi il suo contributo alla sfida. Il Dottor Hongkyu Kang e il Professor Kwanghee Lee del dell’Istituto coreano di Scienze e Tecnologie Gwangju (GIST) hanno presentato in questi giorni un nuovo metodo per creare celle solari organiche di grandi dimensioni ad alta resa. Per comprendere l’innovazione, tuttavia, è necessario fare qualche passo indietro.

Attualmente la maggior parte delle celle fotovoltaiche organiche è prodotta attraverso il rivestimento per rotazione (in inglese spin coating). La tecnica permette di applicare un film sottile e uniforme ad un substrato solido piano, ottenendo efficienze di conversione elevate. Ma la procedura si adatta solo a piccole superfici. Inoltre, questi dispositivi sono dotati di elettrodi flessibili a base di ossido di indio-stagno (ITO), materiale che li rende costosi e troppo fragili per la realizzazione di moduli ampi.

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La ricetta per celle solari organiche di grandi dimensioni

Gli scienziati coreani ha sostituito l’ITO con l’ossido di zinco (ZnO), un composto ampiamente utilizzato nella preparazione di pomate, cosmetici e creme solari. Nel dettaglio, il team ha usato come substrato una pellicola d’argento ultra sottile su cui ha depositato un doppio strato di ossido di zinco altamente uniforme. Il processo ha richiesto l’unione di due tecniche: lo sputtering (letteralmente vaporizzazione o spruzzamento) del materiale e il blade coating (letteralmente rivestimento a lama) con nanoparticelle dello stesso.

Come spiega Kang, l’elettrodo risultante ha la flessibilità, la bagnabilità e l’energia superficiale dell’ITO, senza essere fragile o costoso. “Ciò semplifica l’uso dello ZnO per la produzione di celle solari organiche e lo sviluppo di una tecnologia di stampa per il solare di grandi dimensioni“.

Il risultato? Il nuovo processo hanno permesso di raggiungere un’efficienza del 7,67% per un’area del modulo di 528 centimetri quadrati. “Il nostro metodo apre le porte all’uso commerciale di queste celle solari organiche di grandi dimensioni, come la loro integrazione nelle pareti e nelle finestre per realizzare edifici autosufficienti“, afferma il Prof. Lee. La ricerca è stata pubblicata su Advanced Energy Materials (testo in inglese).

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1 commento

  1. Lo studio e l’applicazione delle celle fotovoltaiche si basa in generale sulla equazione fondamentale della fotochimica cioè la produzione di una coppia elettrone-lacuna mediante radiazione solare diretta su una superficie costituita da semiconduttori di Si sia del tipo p che del tipo n.
    hn = e(+) + ( e-)
    Radiazione solare Coppia elettrone/lacuna
    EQUAZIONE FONDAMENTALE
    Nel Solare Organico di.nuova generazione invece del silicio si usano molecole organiche polimeriche con strutture speciali in cui sono presenti legami chimici doppi e semplici alternati tali da sostenere una ampia delocalizzazione elettronica capace di generare con l’energia solare le coppie elettrone-lacuna. Si intuisce dal punto di vista industriale e tecnico che si tratta di un passaggio fondamentale come passare dalla ceramica alla plastica essendo il silicio l’elemento chimico fondamentale nel settore dei materiali da costruzione.
    Poiché la chimica organica cioè la chimica del carbonio ha raggiunto livelli di razionalizzazione elevati dobbiamo attenderci per il futuro un suo uso sempre più massiccio per la fabbricazione di pannelli fotovoltaici organici di grandi dimensioni magari applicati mediante adesione su superfici di qualsiasi.tipo. Allo stato attuale si hanno rendimenti del 5/100 ma la ricerca corre veloce e sebbene fino a qualche anno fa erano necessari oltre al materiale organico anche costosi elettrodi ossido di Indio e tallio oggi si stanno avviando ricerche considerando al loro posto i molto meno costosi elettrodi di ZnO (ossido di zinco).
    Il futuro ci attende a meravigliose innovazioni.

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