Creata alternativa ai fullereni nelle celle solari organiche

Le celle solari organiche sono migliorate parecchio da quando sono state inventate quasi 20 anni fa, ma il componente fullerene è rimasto sostanzialmente lo stesso e questo ha avuto un effetto frenante sull’evoluzione della tecnologia organica.

Una cella solare organica (o polimerica) è un tipo di cella solare flessibile realizzata con polimeri, molecole di grandi dimensioni con unità strutturali ripetitive, che producono elettricità dalla luce solare per effetto fotovoltaico. Le celle solari polimeriche sono celle solari organiche a film sottile. La tecnologia è relativamente nuova ed è attualmente ancora acerba, per via della minore efficienza (circa un terzo dei normali pannelli).

Inoltre, i polimeri tendono a degradare col tempo perdendo la capacità di produzione di energia elettrica. Dall’altro lato, le celle solari polimeriche sono leggerissime e flessibili, sono potenzialmente monouso e poco costose da fabbricare (addirittura si possono stampare) e hanno un minore impatto sull’ambiente, in quanto quasi totalmente biodegradabili.

Ora gli scienziati dell’Università di Warwick hanno individuato una proprietà finora non considerata dei fullereni, vale a dire la disponibilità degli stati elettronici aggiuntivi di accettazione, che potrebbe creare una nuova classe di “imitatori” del fullerene.

La loro ricerca è descritta in un nuovo studio sulla rivista Advanced Materials.

L’industria solare è alla ricerca di un’alternativa ai fullereni già da qualche tempo, in quanto essi hanno molti svantaggi come accettori elettronici, compresa la quantità molto limitata di luce che riescono ad assorbire e il costo elevato.

Gli scienziati dell’Università di Warwick, guidati dal professor Alessandro Troisi del Dipartimento di Chimica, hanno scoperto che il fullerene può accettare elettroni in un certo numero di stati eccitati, non solo nel suo stato fondamentale anionico.

Questi stati aggiunti rendono il processo di cattura degli elettroni più veloce e migliorano l’efficienza del processo di separazione della carica.

Questa particolare proprietà non è un ‘optional’ – occorre progettare infatti un materiale che, al pari del fullerene, riesca a catturare gli elettroni.

Troisi crede che questo sia il motivo per cui i vari tentativi fatti fino ad oggi da parte dell’industria di trovare un sostituto sono falliti.

Tuttavia gli scienziati di Warwick hanno dimostrato di poter progettare una nuova classe di accettori molecolari con questa caratteristica in modo relativamente facile, aprendo la strada al rimpiazzo del fullerene, che renderebbe i pannelli solari organici molto più competitivi di quanto non siano oggi.

Il professor Troisi ha detto: “La ricerca di un sostituto del fullerene ha eluso la comunità scientifica e l’industria del fotovoltaico da più di due decenni. Individuando esattamente come si comporta il fullerene, crediamo di aver trovato una chiave che possa aprire la porta per la sostituzione di questo materiale.

“Grazie a questa conoscenza, stiamo collaborando con i i ricercatori sperimentali dell’Università di Warwick per sviluppare materialmente dei sostituti del fullerene”.

Una domanda di brevetto è stata depositata e gli scienziati sono pronti a collaborare con partner commerciali per portare questa tecnologia sul mercato.