23.03.202111:29

Energie rinnovabili: nuove prospettive per le celle fotovoltaiche

Nuovo studio su un meccanismo critico per l’efficienza delle celle fotovoltaiche organiche


In futuro le celle fotovoltaiche potrebbero essere indossate sopra i vestiti, oppure posizionate sulle auto o ancora sopra gli ombrelloni in spiaggia.

Sono solo alcuni dei possibili sviluppi di uno studio appena pubblicato su Nature Communications dai ricercatori del dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, in collaborazione con alcuni colleghi dell’università di Erlangen-Norimberga e dell’Imperial College di Londra.

La ricerca, che vede tra gli autori Franco Valduga de Almeida Camargo, dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie (IFN-CNR) e il professor Giulio Cerullo, si è concentrata sulle celle fotovoltaiche realizzate con tecnologia organica, di strutturaflessibile. Le celle fotovoltaiche più diffuse attualmente, basate su tecnologia al silicio, sono invece di struttura rigida e richiedono sofisticate e costose infrastrutture per la loro fabbricazione, oltre a elevati costi di smaltimento.

Un’alternativa per sostituire il silicio in futuro sono le celle solari “di plastica”, in cui una miscela di due semiconduttori organici, uno donatore e uno accettore di elettroni, viene impiegata per l’assorbimento dell’energia luminosa e la sua conversione in energia elettrica.

L’uso di molecole organiche porta diversi vantaggi, come ad esempio una tecnologia più semplice, un costo di produzione e di smaltimento ridotto, la flessibilità meccanica e l’accesso alla diversità chimica associata ai materiali organici. D’altra parte, però, i materiali organici hanno una fisica molto più complessa rispetto a quella dei materiali inorganici cristallini (come il silicio), in particolare riguardo ai processi di trasferimento di carica alle interfacce donatore-accettore, che causano perdite di efficienza.

Dopo quattro anni di lavoro, i ricercatori sono riusciti a realizzare celle solari con nuovi materiali in cui le perdite dovute agli stati di interfaccia sono minimizzate. Studiando questi materiali con impulsi laser ultrabrevi, sono riusciti a identificare le ragioni fisiche che sono alla base di questa eccezionale prestazione, presentando un modello generale di ottimizzazione valido anche per altre combinazioni di materiali.

In futuro, le celle fotovoltaiche realizzate con la tecnologia organica costituiranno una sorgente di energia più economica e con minore impatto ambientale. E, vista la loro flessibilità meccanica, potranno essere inserite in diversi oggetti di uso comune come finestre, macchine, o anche vestiti e cappotti.

Una delle sfide chiave per il futuro dell’umanità è lo sviluppo di fonti pulite e rinnovabili di energia: la luce solare fornisce ogni giorno alla Terra una quantità di energia più di cento volte superiore al fabbisogno complessivo dell’umanità, rendendo pertanto le tecnologie fotovoltaiche tra le più promettenti per il futuro. L’Italia, grazie al suo clima, ha uno dei potenziali fotovoltaici maggiori in Europa, paragonabile a quello dei paesi tropicali non desertici.

Per saperne di più

Gasparini, N., Camargo, F.V.A., Frühwald, S. et al.
Adjusting the energy of interfacial states in organic photovoltaics for maximum efficiency.
Nat Commun 12, 1772 (2021).
Lo studio online