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L’energia solare rappresenta una fonte di energia pulita, ampiamente disponibile. Catturare in maniera efficace solo una piccola frazione di questa energia può essere sufficiente a soddisfare le esigenze energetiche mondiali. Le tecnologie fotovoltaiche tradizionali si basano sull’uso del silicio e hanno buone efficienze, ma alto costo di produzione e di istallazione.

Il fotovoltaico di nuova generazione punta a sostituire il silicio con materiali organici semiconduttori, che sono a basso costo, leggeri, flessibili. Una cella solare organica e costituita da un film sottile fotoattivo composto da materiali semiconduttori: un donatore di elettroni - trasportatore di buche, e un accettore - trasportatore di elettroni.

Il CNR-ISMAC di Milano sviluppa semiconduttori polimerici ed oligomerici di tipo p (donatore) e di tipo n (accettori) per applicazioni fotovoltaiche, partendo dal design del materiale fino alla preparazione della cella organica.

foto 1

I materiali semiconduttori di tipo p sviluppati sono polimeri a base tiofenica e copolimeri di tipo D-A per modulare i livelli energetici.

Negli ultimi anni, la ricerca e stata direzionata anche verso il design e la preparazione di materiali semiconduttori di tipo n, ed in modo particolare derivati di perilendiimidi (PDI) che hanno una alta stabilità termica e sono buoni trasportatori di elettroni. Con il design chimico e possibile modulare le loro proprietà ottiche ed elettroniche, variando i livelli dei orbitali HOMO-LUMO e la mobilità di carica. In questo modo, abbiamo sviluppato una serie di polimeri e molecole a base perilenica, che sono stati usati nelle celle solari in blend con diversi polimeri donatori.

foto 2

La ricerca effettuata contribuisce allo sviluppo dei nuovi sistemi polimerici, oligomerici e “small molecoles” per l'utilizzo nelle celle solari organiche, flessibili ed a basso costo.

 

1) M. Catellani, S. Luzzati, N. Lupsac, R. Mendichi, R. Consonni, A. Famulari, S. V. Meille, F. Giacalone, J. L Segura, N. Martín. Donor–acceptor polythiophene copolymers with tunable acceptor content for photoelectric conversion devices, J. Mater. Chem., 2004, 14, 67-74
2) SV Meille, V Romita, T Caronna, Andrew J Lovinger, M Catellani, L Belobrzeckaja. Influence of molecular weight and regioregularity on the polymorphic behavior of poly (3-decylthiophenes), Macromolecules, 1997, 30, 7898-7905
2) E. Kozma, M. Catellani. Perylene diimides based materials for organic solar cells, Dyes and Pigments, 2013, 98(1), 160-179
3) E. Kozma, D. Kotowski, S. Luzzati, M. Catellani, F. Bertini, A. Famulari, G. Raos. Improving the efficiency of P3HT:perylene diimide solar cells via bay-substitution with fused aromatic rings. RSC Advances, 2013, 3, 9185-9188
4) D. Kotowski, E. Kozma, M. Catellani, S. Luzzati. All polymer bulk heterojunction solar cells with high fill factors based on blends of P3HT:poly(perylene diimide-alt-terthiophene). Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2012, 1390, paper 1390-H09-12

e.kozma@ismac.cnr.it                       www.ismac.cnr.it

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