Per assicurare sia la sicurezza che la sostenibilità del futuro approvvigionamento di energia, le politiche energetiche sono sempre più orientate verso un crescente impiego di fonti energetiche rinnovabili diversificate. Tra le fonti rinnovabili di energia, il fotovoltaico ha il potenziale di giocare un ruolo importante nella transizione verso un sistema sostenibile di approvvigionamento energetico. Si prevede che nei prossimi anni i moduli fotovoltaici saranno sempre più integrati negli elementi architettonici e molti posti di lavoro saranno creati dall'industria fotovoltaica.
Attualmente, la principale barriera alla penetrazione nel mercato da parte del fotovoltaico è l'elevato costo, che rende l'energia prodotta riservata ad applicazioni di nicchia. L'energia fotovoltaica deve diventare più competitiva attraverso lo sviluppo di nuovi materiali e tecnologie di processo per la produzione su ampia scala di moduli fotovoltaici a bassissimo costo e, possibilmente, con proprietà innovative quali la flessibilità e la leggerezza. Tra le nuove tecnologie fotovoltaiche emergenti, le celle solari a base di semiconduttori organici [1] destano notevole interesse, non solo scientifico, grazie al rapido incremento delle loro prestazioni dell'ultimo decennio. I semiconduttori organici sono materiali 'plastici', quindi flessibili e leggeri. Sono processabili da soluzione e possono essere depositati in film ultra-sottili su qualsiasi tipo di substrato. L'impiego di semiconduttori organici consente la produzione di celle solari plastiche (Figura 1), con tecniche di processo estremamente competitive: quelle tipiche della produzione delle plastiche.
Presso l'Istituto ISOF vengono realizzati e caratterizzati piccoli prototipi di celle solari organiche. In particolare, siamo interessati sia alla caratterizzazione di nuovi materiali che all'ottimizzazione dell'architettura dei dispositivi e dei layer semiconduttori. I dispositivi vengono realizzati depositando da soluzione (mediante spin-coating) film sottili (tipicamente di 100 nm) di materiale organico su un substrato (vetro o plastica) ricoperto da un ossido conduttore trasparente. La struttura delle celle viene completata mediante l'evaporazione termica di uno strato metallico. Negli ultimi anni abbiamo ottenuto risultati di particolare rilievo dall'impiego di materiali contenenti derivati solubili del fullerene, sintetizzati dal gruppo del Prof. Michele Maggini dell'Università di Padova. Presso l'Istituto ISOF sono stati condotti i primi studi sull'effetto del trattamento termico post-produzione sulle prestazioni di celle solari a base di blende polimero/fullerene, il sistema che attualmente sembra essere più promettente per il fotovoltaico organico. Abbiamo dimostrato come un annealing per 30 min a soli 55 °C possa drasticamente aumentare l'efficienza di conversione delle celle (anche di 4-5 volte) [2-3]. Tali studi hanno dato l'avvio all'intensa attività degli ultimi anni sui processi di annealing di celle polimero/fullerene, che hanno portato ad una costante crescita dell'efficienza fino all'attuale record prossimo al 5% [4].
[1] H. Hoppe, N.S. Sariciftci, J. Mater. Res. 19 (2004) 1924.
[2] N. Camaioni, L. Garlaschelli, A. Geri, M. Maggini, G. Possamai and G. Ridolfi, J. Mater. Chem. 12 (2002) 2065.
[3] N. Camaioni, G. Ridolfi, G. Casalbore-Miceli, G. Possamai and M. Maggini, Adv. Mater. 14 (2002) 1735.
[4] W. Ma, C. Yang, X. Gong, K. Lee, A.J. Heeger, Adv. Funct. Mater. 15 (2005) 1617.
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