Un gruppo di ricercatori guidati dal Riken Center for Emergent Matter Science in Giappone ha fabbricato una cella fotovoltaica organica intrinsecamente estensibile (IS-OPV) che, secondo quanto riferito, è in grado di mantenere alti livelli di efficienza sopportando elevate deformazioni.
Nell’articolo “Intrinsically stretchable organic photovoltaics by redistributing strain to PEDOT:PSS with enhanced stretchability and interfacial adhesion“, pubblicato su nature communications, gli scienziati spiegano che la cella è stata costruita senza uno strato di trasporto degli elettroni (ETL) e con uno strato di trasporto delle buche basato su PEDOT: PSS che incorpora lo zwitterione 4-(3-etil-1-imidazolio)-1-butanesolfonato (ION E); quest’ultimo aiuta la cella a raggiungere un’elevata estensibilità delocalizzando e ridistribuendo la tensione nell’assorbitore agli strati sottostanti.
“Lo ION E ha migliorato in modo sostanziale l’estensibilità del PEDOT:PSS, regolando la sua struttura cristallina e rafforzando l’adesione interfacciale tra lo strato di PEDOT:PSS e il substrato di poliuretano (PU) attraverso un legame idrogeno rinforzato”, hanno spiegato. “Inoltre, abbiamo impiegato una semplice strategia basata sulla terpolimerizzazione per sintetizzare un donatore polimerico, il Ter-D18, che è stato poi miscelato con l’accettore Y6, una piccola molecola, ottenendo un nuovo sistema attivo che ha contribuito a raggiungere un’elevata efficienza e proprietà meccaniche superiori”.
I ricercatori hanno anche depositato il metallo liquido eutettico gallio-indio (EGaIn) sull’assorbitore come catodo superiore, impedendo così all’interfaccia assorbitore-catodo di influire sulle prestazioni del dispositivo.
Secondo il team di ricerca, la strategia di ridistribuzione proposta può sopprimere l’innesco e la propagazione delle cricche nella cella, riducendo così il degrado delle prestazioni in presenza di elevate sollecitazioni di trazione e di cicli di deformazione ripetitivi.
Testata in condizioni di illuminazione standard, la cella ha raggiunto un’efficienza di conversione dell’energia del 14,2%. Inoltre, ha dimostrato che, con una tensione di trazione del 52%, ha raggiunto un’efficienza dell’80%. Dopo 100 cicli di stiramento al 10% di deformazione, l’efficienza era ancora del 95%.
“Questa strategia di progettazione del dispositivo non dipende solo dallo sfruttamento delle proprietà meccaniche dello strato attivo per conferire estensibilità all’intero dispositivo, ma ha un grande potenziale per sondare vari altri sistemi attivi di riferimento, tracciando così un nuovo percorso verso la fabbricazione di IS-OPV ad alte prestazioni”, hanno dichiarato gli studiosi.
Altri ricercatori del Riken Center for Emergent Matter Science in Giappone hanno recentemente fabbricato una cella solare OPV impermeabile e flessibile che può essere utilizzata nell’elettronica indossabile. Con uno spessore di 3 micrometri, si ritiene che sia la prima cella di questo tipo a sopravvivere a un ciclo di lavatrice e a mantenere l’efficienza dopo più cicli.
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