Ricercatori europei affermano di aver dimostrato con successo l’incorporazione di moduli fotovoltaici organici (OPV) in parti strutturali in plastica attraverso lo stampaggio a iniezione (IM) industriale su larga scala.
L’IM è una tecnica di produzione di parti iniettando materiale fuso in uno stampo e, secondo il gruppo di ricerca, è in grado di consentire lo sviluppo di celle solari in plastica con prestazioni e stabilità migliorate.
“A causa del loro layout molto sottile, le celle solari flessibili possono essere sensibili all’abrasione meccanica e, pertanto, potrebbero richiedere strategie di protezione e integrazione aggiuntive”, ha spiegato il gruppo di ricerca. “L’inserimento di un modulo solare stampato in una parte in plastica semplifica le sfide di integrazione, fornendo al contempo una protezione meccanica aggiuntiva, l’adattabilità della forma e contatti semplificati per le connessioni”.
I ricercatori hanno dapprima creato i moduli con la stampa roll-to-roll, utilizzando una miscela fotoattiva nota come P3HT:O-IDTBR. Questa miscela è stata scelta per la sua stabilità morfologica e termica, che è importante per il successivo processo di stampaggio a iniezione.
“Lo sviluppo di prodotti OPV richiede materiali fotovoltaici con un’elevata stabilità morfologica sotto stress termico, come la miscela P3HT:O-IDTBR”, sottolineano gli studiosi. “A questo proposito, sono urgentemente necessari materiali più performanti con tale stabilità”.
Gli scienziati hanno inserito i moduli orizzontalmente in uno stampo a iniezione di poliuretano termoplastico a base di copolimeri di polietere. Questo materiale è stato scelto per la sua bassa temperatura di processo, l’ampia compatibilità con i substrati e la flessibilità. L’iniezione è stata effettuata utilizzando un inserto a cavità di 120 mm × 120 mm × 2 mm, a una velocità di 90 mm -1s.
“Dalla selezione di 64 moduli stampati da rotolo a rotolo, 32 sono stati iniettati e gli altri 32 sono stati tenuti come riferimento”, hanno spiegato i ricercatori. “In media, i moduli IM-OPV hanno mantenuto il 98,1 delle prestazioni originali. Solo 2 campioni hanno fallito e 28 campioni hanno conservato oltre il 90% delle prestazioni originali, il che fissa il rendimento del processo IM vicino al 90%”.
Per quanto riguarda la stabilità meccanica e operativa, gli scienziati hanno riscontrato un aumento medio di oltre il 35% del punto di massima sollecitazione nei campioni IM-OPV. La prima frattura sui dispositivi di controllo si è verificata al 10-30% della deformazione, mentre questo valore è balzato fino al 70-150% sui moduli IM-OPV. Inoltre, dopo 50.000 cicli nei moduli stampati è stata riscontrata una conservazione dell’efficienza di conversione della potenza superiore al 90%.
“Questo lavoro rappresenta la prima dimostrazione di celle solari in plastica in-mold e apre nuove possibilità per il fotovoltaico organico per consentire applicazioni specifiche che richiedono contemporaneamente elevate prestazioni optoelettroniche e strutturali”, hanno dichiarato i ricercatori. “Riteniamo che l’attenzione futura sui materiali plastici iniettabili potrebbe estendere ulteriormente i vantaggi del fotovoltaico in-mold per quanto riguarda la stabilità strutturale e del dispositivo, o addirittura fornire funzionalità ottiche aggiuntive”.
I risultati sono stati presentati nell’articolo “Injection Molding Plastic Solar Cells”, pubblicato su Advanced Science. I ricercatori provengono dal Centro tecnologico Eurecat della Catalogna, dall’Università di Pardubice e dal Centro di chimica organica della Repubblica Ceca, oltre che dal produttore francese di nano-metalli GenesInk e dal fornitore spagnolo di stampaggio a iniezione Aitiip.
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