Il gruppo di ricerca dell’Università di Modena e Reggio Emilia si è occupato della sintesi e della caratterizzazione di nuovi materiali polimerici da utilizzarsi come substrati attivi in prototipi di celle fotovoltaiche organiche al fine di valutarne l’efficienza. Sono stati sintetizzati tre nuovi polimeri, solubili in cloroformio, formati da unità tienotiofeniche o bitiofeniche alternate a unità benzobitiofeniche da assemblare in celle del tipo BHJ (Bulk HeteroJunction) con unità di [60] e [70]PCMB (rispettivamente l’estere metilico dell’acido [6,6]-phenyl-C61-butirrico e l’estere metilico dell’acido [6,6]-phenyl-C71-butirrico). Sono stati messi a punto i diversi step sintetici necessari all’ottenimento dei comonomeri. Successivamente i polimeri sono stati ottenuti tramite accoppiamento di Stille tra un dibromoderivato e un distannil derivato dei comonomeri sintetizzati. La caratterizzazione, atta a valutare la struttura e la lunghezza delle catene polimeriche, è stata eseguita tramite tecniche di risonanza magnetica nucleare mono- e bi-dimensionali omo- ed etero-nucleari, tramite spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier e ultravioletta-visibile-vicino infrarosso e tramite cromatografia a permeazione di gel. Le caratteristiche di assorbimento nel visibile e nel vicino infrarosso indicano che l’approccio seguito per la pianificazione dei comonomeri e dei polimeri ha effettivamente portato il gruppo di ricerca dell’Università di Modena e Reggio Emilia a sintetizzare polimeri a basso gap HOMO-LUMO. Parallelamente l’ENEA si è occupata di testare i polimeri semiconduttori, sintetizzati dall’università durante la precedente annualità dell’accordo di programma MSE-ENEA, come materiali attivi in celle fotovoltaiche polimeriche aventi la struttura Substrato/ITO/PEDOT:PSS/Polimero:Fullerene/Ca/Al. Sono state condotte numerose prove al fine di ottimizzare il processo di realizzazione: infatti è noto dalla letteratura che ogni polimero necessità di ricette di deposizione personalizzate al fine di massimizzare le prestazioni del dispositivo finale. Le migliori efficienze raggiunte, ottenute utilizzando un copolimero delle unità benzoditiofene e bitiofene, sono state del 2.3%, valore interessante considerato il numero limitato di prove che si può fare su questi materiali che vengono sintetizzati su scala di laboratorio e quindi in quantità esigue.

Sintesi di nuovi polimeri semiconduttori a bassa gap per celle fotovoltaiche organiche

Morvillo, P.;Diana, R.
2012-09

Abstract

Il gruppo di ricerca dell’Università di Modena e Reggio Emilia si è occupato della sintesi e della caratterizzazione di nuovi materiali polimerici da utilizzarsi come substrati attivi in prototipi di celle fotovoltaiche organiche al fine di valutarne l’efficienza. Sono stati sintetizzati tre nuovi polimeri, solubili in cloroformio, formati da unità tienotiofeniche o bitiofeniche alternate a unità benzobitiofeniche da assemblare in celle del tipo BHJ (Bulk HeteroJunction) con unità di [60] e [70]PCMB (rispettivamente l’estere metilico dell’acido [6,6]-phenyl-C61-butirrico e l’estere metilico dell’acido [6,6]-phenyl-C71-butirrico). Sono stati messi a punto i diversi step sintetici necessari all’ottenimento dei comonomeri. Successivamente i polimeri sono stati ottenuti tramite accoppiamento di Stille tra un dibromoderivato e un distannil derivato dei comonomeri sintetizzati. La caratterizzazione, atta a valutare la struttura e la lunghezza delle catene polimeriche, è stata eseguita tramite tecniche di risonanza magnetica nucleare mono- e bi-dimensionali omo- ed etero-nucleari, tramite spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier e ultravioletta-visibile-vicino infrarosso e tramite cromatografia a permeazione di gel. Le caratteristiche di assorbimento nel visibile e nel vicino infrarosso indicano che l’approccio seguito per la pianificazione dei comonomeri e dei polimeri ha effettivamente portato il gruppo di ricerca dell’Università di Modena e Reggio Emilia a sintetizzare polimeri a basso gap HOMO-LUMO. Parallelamente l’ENEA si è occupata di testare i polimeri semiconduttori, sintetizzati dall’università durante la precedente annualità dell’accordo di programma MSE-ENEA, come materiali attivi in celle fotovoltaiche polimeriche aventi la struttura Substrato/ITO/PEDOT:PSS/Polimero:Fullerene/Ca/Al. Sono state condotte numerose prove al fine di ottimizzare il processo di realizzazione: infatti è noto dalla letteratura che ogni polimero necessità di ricette di deposizione personalizzate al fine di massimizzare le prestazioni del dispositivo finale. Le migliori efficienze raggiunte, ottenute utilizzando un copolimero delle unità benzoditiofene e bitiofene, sono state del 2.3%, valore interessante considerato il numero limitato di prove che si può fare su questi materiali che vengono sintetizzati su scala di laboratorio e quindi in quantità esigue.
Celle fotovoltaiche
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