Celle solari organiche evolute
La prima generazione di dispositivi solari per convertire l’energia del Sole in elettricità si basava su materiali con silicio cristallino. La seconda generazione si basa sulla tecnologia a film sottile. Le celle solari su film sottile (TFSC) sono prodotte depositando un sottile film di materiale semiconduttore inorganico altamente fotosensibile come ad esempio tellururo di cadmio (CdTe) o silicio amorfo (a-Si) o seleniuro di rame indio gallio (CIS/CIGS) su un substrato. Tuttavia, gli elevati costi dei materiali e di produzione di entrambi questi sistemi semiconduttori ne limitano un impiego molto diffuso. La terza generazione, che è ancora in laboratorio, sta applicando nuovi materiali, concetti del dispositivo e metodi di fabbricazione alla tecnologia TFSC per ridurre ulteriormente i costi e ottenere efficienze ancora più elevate. Le celle solari basate su polimeri (organici) e i sistemi ibridi (polimeri organici-nanoparticelle inorganiche) promettono dei costi ridotti poiché sono adatti ai moderni metodi di fabbricazione, come ad esempio la lavorazione roll-to-roll (R2R). Un consorzio europeo ha sviluppato diversi polimeri coniugati da usare come sistemi donatore e accettore nelle celle solari organiche di terza generazione grazie al finanziamento dell’UE del progetto LARGECELLS (Large-area organic and hybrid solar cells). L’ottimizzazione su scala di laboratorio ha raddoppiato l’efficienza di conversione di potenza (PCE) di un singolo dispositivo a giunzione donatore/accettore portandola al 7,4 %, con una PCE del 4 % raggiunta in un dispositivo stampabile R2R. Le celle solar tandem e quelle a tripla giunzione polimero-fullerene (nanocarbonio) avevano rispettivamente delle PCE dell’8,9 % e del 9,6 %. Inoltre, gli scienziati hanno sostituito il costoso ITO con un reticolo metallico trasparente o reti di grafite senza effetti negativi su trasmissione o conduttività. Nel portare il processo a un livello adeguato alla tecnologia R2R, il team ha studiato diverse possibili tecniche, tra cui stampa serigrafica e getto di inchiostro. Una particolare attenzione è stata prestata non solo all’integrità e alle funzioni dello strato attivo, ma anche all’elettrodo posteriore in argento che ha un ruolo critico nelle prestazioni. Le celle FV organiche sono sensibili a ossigeno e acqua, e per aumentarne la durata sono state quindi studiate diverse tecnologie di laminazione. Sono state installate delle attrezzature per la verifica della stabilità in modo da valutare sia le normali condizioni di funzionamento (all’aperto) che quelle di invecchiamento accelerato al chiuso. Dei grandi sforzi si sono concentrati sulla disseminazione di questa tecnologia all’avanguardia attraverso mass media e canali scientifici. Con nuovi materiali per TFSC organiche e ibride scalabili per la lavorazione R2R, LARGECELLS dovrebbe aumentare significativamente l’efficienza riducendo allo stesso tempo i costi. Questo promette di rendere l’energia solare pulita un’alternativa realmente fattibile all’attuale elettricità ottenuta dai combustibili fossili.
Parole chiave
Celle solari organiche, fotovoltaico, celle solari su film sottile, celle solari ibride, tecnologia R2R
