Sintesi, Caratterizzazione e Test di Accettori Non Fullerenici per il Fotovoltaico Organico (OPV) = Synthesis, Characterization and Testing of Non-Fullerene Acceptors for Organic Photovoltaics (OPV)

Sintesi, Caratterizzazione e Test di Accettori Non Fullerenici per il Fotovoltaico Organico (OPV) Negli ultimi decenni, le celle solari inorganiche a base di silicio hanno avuto un grande sviluppo, raggiungendo un’efficienza di conversione in potenza superiore al 20%. Tuttavia persistono alcuni svantaggi legati a questa tecnologia tra cui i costi, il peso, le limitate fonti di approvvigionamento di silicio, l’elevato inquinamento ambientale e consumo di energia richiesto nelle fasi di produzione e purificazione del silicio. Un'alternativa migliorativa e particolarmente promettente per la generazione di energia da celle solari è rappresentata dalle Organic Solar Cells (OSCs), classificate come dispositivi fotovoltaici di terza generazione. Tra questi, le celle solari organiche ad eterogiunzione diffusa (BHJ) hanno attratto particolare attenzione grazie ad alcune loro peculiarità quali facilità di fabbricazione, basso costo, leggerezza, flessibilità e semi-trasparenza. Sono comunemente composte da un film fotoattivo, costituito da una miscela di un polimero coniugato (donatore) e un materiale organico con doppi legami coniugati (accettore), interposto tra un elettrodo positivo e uno negativo. Riguardo il componente accettore, i derivati fullerenici (e.g. PC60BM, PC70BM, ICBA), sono stati a lungo i materiali accettori dominanti nel campo di ricerca delle celle solari organiche BHJ. Il loro utilizzo comporta però anche importanti limitazioni, non superabili se non sostituendo questa classe di accettori con molecole organiche note come Non-Fullerene Acceptors (NFAs). Progettate per corrispondere alle proprietà di accettazione e trasporto degli elettroni e per superare le scarse capacità ottiche e di stabilità morfologica a lungo termine associate agli accettori fullerenici, sono molecole che assorbono nella regione del visibile, partecipando così alla fotogenerazione di carica insieme al polimero donatore, aumentando la frazione totale degli eccitoni generati e massimizzando la fotocorrente. Tra gli NFAs, la molecola ITIC offre le migliori prestazioni in blend con il polimero PBDB-T ma, data la sua elevata complessità di sintesi, il suo utilizzo determina un significativo aggravio del costo del dispositivo finale. Prendendo come riferimento la coppia PBDB-T:ITIC, obiettivo di questo lavoro è stato la ricerca di nuovi NFAs a minor complessità sintetica, valutando il loro utilizzo (in blend con PBDB-T) come sostituti di ITIC (dispositivi binari) e come secondo materiale accettore (dispositivi ternari) al fine di ridurre il quantitativo impiegato di ITIC a vantaggio dei costi. La prima fase del lavoro si è incentrata sulla sintesi di due nuove molecole accettrici non fullereniche, denominate DiCTHF e Accettore Eni. Tali materiali sono stati poi caratterizzati dal punto di vista delle loro proprietà chimico-fisiche tramite analisi di spettroscopia UV-Vis e Voltammetria Ciclica (CV), al fine di indagare rispettivamente la capacità di assorbimento della luce solare e i valori energetici degli orbitali molecolari di frontiera. Infine sono stati realizzati dispositivi binari (con strati attivi PBDB-T:ITIC, PBDB-T:DiCTHF e PBDB-T:Accettore Eni) e ternari (con strati attivi PBDB-T:ITIC:DiCTHF e PBDB-T:ITIC:Accettore Eni), testati tramite l’impiego di un simulatore solare in grado di misurarne la Power Conversion Efficiency (PCE).