Grazie a un nuovo studio condotto dalla Linköping University (LiU) in Svezia, è ora possibile produrre su larga scala celle solari organiche ad alta efficienza e con un impatto ambientale ridotto. I risultati di questa ricerca sono stati recentemente pubblicati su Nature Energy. “Con l’elettrificazione e lo sviluppo dell’intelligenza artificiale, probabilmente assisteremo a un aumento significativo del fabbisogno energetico mondiale. Questa elettricità deve provenire da fonti sostenibili dal punto di vista ambientale se vogliamo rallentare allo stesso tempo il cambiamento climatico“, afferma Feng Gao, professore di optoelettronica alla LiU.
Le celle solari, una delle fonti di energia verde più utilizzate, si stanno evolvendo. Oltre ai tradizionali pannelli solari in silicio, sono in fase di sviluppo varianti alternative che promettono di offrire maggiore efficienza e minori impatti ambientali sia nella produzione che nel successivo smaltimento. Una delle tecnologie più promettenti si basa sull’uso di plastiche elettricamente conduttive, note come elettronica organica. Queste celle solari organiche, che sono relativamente economiche e facili da produrre, vantano anche la caratteristica di essere leggere e flessibili, il che le rende ideali per essere posizionate su finestre, superfici interne o persino sui vestiti, al fine di alimentare dispositivi elettronici personali. Sebbene le celle solari organiche siano già disponibili sul mercato, si prevede che la loro diffusione aumenterà notevolmente.
Un altro passo verso l’efficienza
L’efficienza delle celle solari organiche sta raggiungendo quella delle tradizionali celle in silicio, con la capacità di convertire circa il 20% dei raggi solari in elettricità. Questo progresso è il risultato di anni di ricerca sui materiali e dello studio delle interazioni molecolari all’interno del materiale, un aspetto fondamentale della cosiddetta “morfologia“. Le celle solari organiche vengono prodotte tramite una miscela fisica, che viene poi applicata su un substrato, lasciando che il solvente nella miscela evapori. Tuttavia, il solvente utilizzato contiene sostanze chimiche che risultano tossiche e dannose per l’ambiente.
“Per realizzare una produzione di massa di celle solari organiche, ad esempio con tecnologie stampate, su larga scala, dobbiamo trovare metodi che non utilizzino tossine. Altrimenti, non fa bene all’ambiente o a chi lavora nelle fabbriche“, afferma Feng Gao. In risposta a questa sfida, il team di Gao, insieme a colleghi in Cina e negli Stati Uniti, è riuscito a decifrare il codice per produrre celle solari organiche efficienti utilizzando solventi ecocompatibili.
“Per scegliere il solvente giusto, è importante comprendere l’intero processo di produzione delle celle solari. Ciò include la conoscenza delle strutture iniziali della soluzione, l’osservazione dei processi dinamici durante l’evaporazione e il controllo della struttura finale della pellicola della cella solare“, afferma Rui Zhang, ricercatore presso il Dipartimento di fisica, chimica e biologia della LiU e autore principale dell’articolo pubblicato su Nature Energy.
Il lavoro dei ricercatori ha permesso loro di mappare l’interazione molecolare tra i materiali che trasportano gli elettroni e il solvente stesso, utilizzando tecniche avanzate. Grazie a questo approccio, è stato sviluppato un principio di progettazione che funziona con molti solventi innocui. A lungo termine, i ricercatori sperano che l’acqua stessa possa essere utilizzata come solvente.
