Un nuovo polimero porta le celle solari organiche vicino al 20% di efficienza a un quinto del costo

I ricercatori dell'Università di Zhengzhou hanno presentato su https://link.springer.com/article/10.1007/s11426-024-2563-0 un polimero a basso costo, PTQ15, che spinge le celle solari organiche (OSC) a un'efficienza di conversione di potenza certificata del 19,96%, una cifra senza precedenti per i materiali organici economici. Questo progresso avvicina le OSC alla redditività commerciale, mantenendo le qualità di leggerezza e flessibilità che rendono la tecnologia interessante.

La produzione di PTQ15 costa circa 35.528 dollari al chilogrammo, circa un quinto del prezzo dei polimeri "star" PM6 e D18, che superano i 200.000 dollari al chilogrammo. Questi risparmi derivano da una sintesi semplificata in tre o quattro fasi che offre rendimenti superiori all'80 percento, riducendo notevolmente le spese di materiale e di produzione.

Gli OSC fabbricati con PTQ15 e gli accettori K1/K6 hanno stabilito il nuovo benchmark di efficienza del 19,96 percento. Le misurazioni mostrano un trasferimento di carica ultraveloce in soli 1,40 picosecondi e una perdita minima di energia non radiativa di 0,190 elettronvolt, cifre che riflettono una dissociazione efficiente degli eccitoni e perdite termiche ridotte.

I dispositivi elaborati in condizioni di aria aperta al 25 percento di umidità relativa hanno comunque raggiunto un'efficienza del 19,37 percento. Lo studio stima un costo minimo sostenibile di 0,36 dollari per watt, collocando questi OSC a poca distanza dal fotovoltaico convenzionale al silicio, in termini di prezzo per prestazione.

I prossimi passi si concentrano sul superamento della soglia di efficienza del 20 percento, perfezionando gli accoppiamenti donatore-accettore e la morfologia del film. In caso di successo, il PTQ15 potrebbe spostare gli OSC dai prototipi di laboratorio alle soluzioni energetiche mainstream, offrendo energia solare economica, leggera e flessibile a una gamma più ampia di applicazioni.