Organic materials for photovoltaics and light sensing 

Le celle solari organiche sono sviluppate in un gran numero di laboratori internazionali in quanto si possono sintetizzare molecole/polimeri che 1) sono solubili in solventi organici che quindi permette la fabbricazione di moduli fotovoltaici con tecniche di stampa; 2) abbiano diverse proprietà ottiche oltre che elettriche.
Questa ultima funzionalità permette di produrre dispositivi fotovoltaici a film sottile che siano semitrasparenti e anche con diverse colorazione.
Questo rende la tecnologia organica oltre quella a pigmento (e.g. dye sensitized) molto interessante per lo sviluppo di fotovoltaico su vetro, quindi finestre e facciate fotovoltaiche. Inoltre, la possibilità di fabbricare il fotovoltaico organico a basse temperature con polimeri semiconduttori, anche definiti “plastici” permette la sviluppo di moduli fotovoltaici su film plastici con vantaggi sulla produzione (i.e. roll-to-roll manufacturing) e anche la possibilità di produrre coperture leggere per ambiente come serre florovivaistica e agricole.
I laboratori di Tor Vergata non solo hanno prodotto finestre fotovoltaiche oltre che coperture per lo studio in serre, ma anche sviluppato tecniche di fabbricazione come l’aerografia e stampa litografica (spray coating e screen printing) per la produzione di questa tecnologia. Inoltre hanno introdotto per primi con successo anche strati biologici come il DNA per aumentare la capacità di estrarre carica.
L’ottimizzazione di celle solari polimeriche (OPV) richiede un controllo fine della eterogiunzione tra polimero elettron-donatore e un componente elettronaccettore. C’è molto interesse a sostituire i tradizionali accettori fullerenici con polimeri o small molecule a causa
degli alti costi di sintesi dei fullereni, e per incrementare la stabilità del OPV. Comprendere la fisica delle possibili combinazioni di donatori e accettori, porta ad aumenti dell’efficienza di conversione che supera l’11%.
Tor Vergata, sia in house che tramite collaborazioni, ha analizzato queste strutture tramite SEM, TEM, misure elettriche risolte nel tempo, foto-correnti risolte nello spazio, fotoluminescenza, raman spectroscopy, FTIR, ultra-fast spectroscopy etc.

In figura è riportata una cella solar organica polimerica su vetro (in alto), un modulo fotovoltaico per finestra fotovoltaica di tipo dye sensitized (seconda immagine), un modulo fotovoltaico polimerico su film di plastica (terza immagine) e un rendering di copertura fotovoltaica per serre (in basso).