I ricercatori hanno scoperto che un rivestimento dell'elettrodo dello spessore di una sola molecola può migliorare significativamente le prestazioni di una cella fotovoltaica organica. Il rivestimento supera il materiale principale attualmente utilizzato per questo compito e potrebbe aprire la strada a miglioramenti in altri dispositivi che si basano su molecole organiche, come diodi e fotorivelatori.
A differenza delle più comuni celle fotovoltaiche che utilizzano silicio cristallino per raccogliere la luce, le celle fotovoltaiche organiche (OPV) si basano su uno strato di molecole a base di carbonio che assorbono la luce. Sebbene gli OPV non possano ancora competere con le prestazioni delle celle al silicio, potrebbero essere più facili ed economici da produrre su larga scala utilizzando tecniche di stampa.
Quando la luce entra in una cella fotovoltaica, la sua energia libera un elettrone negativo e lascia uno spazio positivo, noto come buco. Diversi materiali raccolgono quindi gli elettroni e le lacune e li guidano verso diversi elettrodi per generare una corrente elettrica. Negli OPV, un materiale chiamato PEDOT:PSS è ampiamente utilizzato per facilitare il trasferimento dei fori generati in un elettrodo; tuttavia, PEDOT:PSS è costoso, acido e può degradare le prestazioni della cella nel tempo.
Il team ha ora sviluppato un'alternativa migliore a PEDOT:PSS. Usano un rivestimento molto più sottile di una molecola che trasporta il buco chiamata Br-2PACz, che si lega a un elettrodo di ossido di indio e stagno (ITO) per formare uno strato a singola molecola. La cellula organica che utilizza Br-2PACz ha raggiunto un'efficienza di conversione di potenza del 18.4%, mentre una cella equivalente che utilizza PEDOT:PSS ha raggiunto solo il 17.5%.
"Sorpreso davvero dal miglioramento delle prestazioni", affermano i membri del team di ricerca . “Crediamo Br-2PACz ha il potenziale per sostituire PEDOT:PSS grazie al suo basso costo e alle alte prestazioni.
Br-2PACz ha aumentato l'efficienza della cella in diversi modi. Rispetto al suo rivale, ha causato meno resistenza elettrica, un migliore trasporto del foro e ha permesso a più luce di brillare attraverso lo strato assorbente. Br-2PACz ha anche migliorato la struttura dello stesso strato che assorbe la luce, un effetto che potrebbe essere correlato al processo di rivestimento.
Il rivestimento potrebbe addirittura migliorare la riciclabilità del celle a energia solare. I ricercatori hanno scoperto che l'elettrodo ITO potrebbe essere rimosso dalla cella, privato del suo rivestimento e quindi riutilizzato come se fosse nuovo. Al contrario, PEDOT:PSS irruvidisce la superficie dell'ITO in modo che funzioni male se riutilizzato in un'altra cella. "Prevediamo che questo avrà un impatto drammatico sia sull'economia degli OPV che sull'ambiente".