Come il DNA migliora le prestazioni di celle fotovoltaiche

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Lo studio è nato dalla collaborazione tra il nuovo laboratorio di spettroscopia ultraveloce EuroFEL support lab (Efsl) dell’Istituto struttura della materia del Cnr (Cnr-Ism) e i ricercatori del Dipartimento di ingegneria elettronica dell’Università di Roma Tor Vergata e 'Polo solare organico' della Regione Lazio (Chose), con lo scopo di studiare una nuova architettura di celle polimeriche che prevede la presenza di DNA come strato costituente. Sfruttando le tecniche di spettroscopia ultraveloce disponibili nel laboratorio Efsl del Cnr-Ism è stato possibile comprendere quale sia il ruolo del DNA in questi dispositivi, andando a studiare le dinamiche delle cariche coinvolte nel processo fotovoltaico nella scala dei tempi del femtosecondo. I risultati della ricerca sono pubblicati su Advanced Functional Materialse.

Le celle solari polimeriche sono una classe di dispositivi fotovoltaici di nuova generazione che combinano l’efficienza di conversione energetica (da energia solare a elettrica) con la versatilità e il basso costo di produzione. Infatti, possono essere prodotte con comuni tecnologie di stampa o serigrafia e rese flessibili utilizzando substrati plastici, di conseguenza sono facilmente impiegabili in una vasta gamma di campi di applicazione che spaziano dal tessile fino al settore delle costruzioni. 

Sotto l’aspetto tecnologico queste celle sono composte da differenti strati che prevedono anche l’impiego di materiali nanostrutturati, come lo strato fotoassorbente, il cuore del dispositivo, dove derivati del fullerene (nanomateriali) sono opportunamente mescolati con oligotiofeni (una classe di polimeri) al fine di raccoglie la radiazione solare. 

All’interno dello strato fotoassorbente vengono a verificarsi differenti meccanismi fisici tali da produrre delle cariche che trasportate agli elettrodi permettono alla cella di produrre corrente elettrica.

Una delle sfide più importanti in questo ambito è ottimizzare lo strato fotoassorbente per incrementare le prestazioni della cella. Un approccio innovativo à stato proposto dai ricercatori dell’Università di Roma “Tor Vergata”, che hanno progettato un’architettura di cella polimerica dove uno strato di DNA viene depositato sotto lo strato oligotiofene-fullerene, inducendo un importante miglioramento dell’efficienza del dispositivo. 

Tali dispositivi sono stati studiati mediante spettroscopia ultraveloce ed in questo modo è stato possibile comprendere come il DNA riesca ad indurre un ordine a lungo raggio nell’oligotiofene e questo comporta un miglioramento dell’efficienza nella separazione della carica nel materiale fotoassorbente. 

Questo risultato segna il passo per lo sviluppo di nuovi dispositivi fotovoltaici sempre più efficienti, andando a modulare opportunamente  l’organizzazione dello strato fotoattivo.

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