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1) LE CELLE ORGANICHE        

Il fotovoltaico organico è una nuova tecnologia che usa pigmenti organici al posto dei semiconduttori inorganici, consentendo un abbattimento dei costi senza però un aumento di efficienza. Una cella fotovoltaica organica utilizza un'elettronica organica, basata su polimeri organici conduttori o su piccole molecole organiche per l'assorbimento della luce ed il trasporto della carica. Ciò permette di combinare la flessibilità delle molecole organiche con la plastica, che ha bassi costi di produzione e può esserne ricoperta con un "film". Il coefficiente di assorbimento di luce delle molecole organiche è elevato, perciò una grande quantità di luce può essere assorbita con una piccola quantità di materiale. I principali svantaggi delle celle organiche sono costituiti dalla bassa efficienza (circa il 3-6%), dalla bassa stabilità (per quanto riguarda ossidazione, riduzione, ricristallizzazione e variazioni di temperatura, che possono degradare il dispositivo nel tempo) e dalla bassa robustezza rispetto alle celle inorganiche.     






2) L'ARCHITETTURA DELLE CELLE ORGANICHE

Le celle organiche possono essere realizzate in vari modi, ad es. utilizzando una catena polimerica come donatore di elettroni e molecole di fullerene (una macromolecola di carbonio a forma di pallone di calcio) quali accettori di elettroni dal polimero illuminato dalla luce, come quelle realizzate nel 2008 da un'azienda americana spin-off del famoso Massachusetts Institute of Technology (MIT), che hanno il 3-5% di efficienza e durano solo un paio di anni, per cui sono adatte solo in applicazioni di nicchia: borse di laptop, finestre, ombrelli, etc. La più semplice architettura che può essere usata per una cella organica è la cosiddetta eterogiunzione planare (v. figura), che è una sorta di sandwich, le cui fette sono strati planari detti "di contatto" e la cui "imbottitura" è costituita da un film di polimero fisicamente "coniugato" - con una complessa geometria a livello molecolare - al film dell'accettore di elettroni, che in questo caso è il fullerene, mentre nelle celle ibride sono nanoparticelle di semiconduttore inorganico.




3) LE CELLE SOLARI IBRIDE

Le celle ibride sono dunque il principale tipo di celle solari organiche su cui oggi si fa ricerca, e combinano i vantaggi degli innovativi semiconduttori organici con quelli dei classici semiconduttori inorganici. Nelle celle solari tradizionali, cioè quelle al silicio cristallino, si usano due strati di semiconduttori, uno con eccesso di elettroni (strato n) e uno con eccesso di "lacune" (strato p): quando gli elettroni della cella assorbono un fotone di luce, si genera una coppia "lacuna-elettrone" che induce un flusso di corrente. Il fotovoltaico ibrido - ad es. del tipo "polimero-nanoparticelle" - utilizza, al posto della "giunzione p-n" fra gli strati p ed n, una giunzione fra uno strato di polimeri organici e uno strato di materiali inorganici per assorbire la luce e per trasportare gli elettroni, e dunque la corrente. La giunzione viene creata assemblando su una matrice polimerica delle nanoparticelle di semiconduttore inorganico, secondo una geometria che massimizza l'efficienza del dispositivo, attualmente intorno ad appena il 2-3%.




4) LA PRIMA FASE DELLA RIVOLUZIONE

L'obiettivo iniziale che ci si pone di raggiungere con le celle organiche non è quello di rimpiazzare le tecnologie al silicio esistenti - come i pannelli fotovoltaici utilizzati sui tetti - bensì di concentrarsi sulle caratteristiche uniche di questo nuovo tipo di celle. Il fatto che le celle organiche possano venire usate sia come pellicole flessibili e di forma modellabile, sia come una sorta di "vernici" da spruzzare, apre una gran quantità di nuove opportunità. Le celle solari cucite sugli indumenti permetteranno di alimentare numerosi dispositivi portatili: dai cellulari agli Mp3, dai navigatori satellitari a piccoli computer. Altre applicazioni potrebbero essere schermi flessibili, robot, tende per ricaricare le batterie. E poiché queste celle solari potranno essere piegate e conservate in un piccolo spazio, le si potranno usare pure per ricaricare i computer portatili o altri dispositivi elettronici, e ciò anche all'interno degli edifici, poiché le celle solari organiche sono in grado di lavorare bene anche con la luce artificiale.




5) LE TRE CHIAVI DEL SUCCESSO

Sono tre i fattori chiave che determineranno il successo delle celle solari organiche: il prezzo, l'efficienza e la durata. Poiché esse sono fabbricate senza dover utilizzare i complessi e costosi sistemi ad alto vuoto per permettere la crescita dei cristalli - necessari invece per le tradizionali celle al silicio cristallino - il loro costo ammonterà probabilmente a 1/5 di quelle al silicio. La loro efficienza ha già raggiunto dei livelli accettabili, e continuerà a crescere. La durata, invece, rappresenta ancora un fattore critico, poiché le celle sono suscettibili di ossidazione e possono venir danneggiate dall'umidità. Inoltre, non si hanno dati sull'impiego a lungo termine di celle flessibili né metodi di test standardizzati per misurare la vita del prodotto. L'obiettivo a breve termine per le aziende, prima di iniziare la commercializzazione su larga scala di queste celle, sarà di aumentarne l'efficienza fino al 10% - un traguardo che appare ormai alla portata - e di allungarne la durata ad almeno tre anni.   

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