Celle solari, il segreto della flessibilità è la stampa ad iniezione

Continua alacremente la ricerca per celle solari sottili, elastiche, indistruttibili ed efficienti; a dicembre avevamo parlato di quelle messe a punto dal MIT americano, talmente leggere da poter essere poggiate su una bolla di sapone senza romperla, ed oggi trattiamo l'ultima innovazione, in questo particolare campo, che arriva dall'Europa.

I ricercatori del Centro tecnologico Eurecat della Catalogna, dell'Università di Pardubice (Repubblica Ceca) e del Centro di chimica organica della Repubblica Ceca, assieme al produttore francese di nanometalli GenesInk e dal fornitore spagnolo di stampaggio a iniezione Aitiip, hanno unito le forze per mettere a punto una nuova metodologia per l'inserimento di moduli fotovoltaici organici (OPV) in parti strutturali in plastica tramite stampaggio a iniezione industriale (IM) su larga scala.

L'IM è una tecnica di produzione per la produzione di parti mediante iniezione di materiale fuso (in questo caso, poliuretano termoplastico) in uno stampo e ha la capacità, secondo il gruppo di ricerca, di permettere lo sviluppo di celle solari in plastica stampate con prestazioni e stabilità migliorate.

"A causa della loro struttura molto sottile, le celle solari flessibili possono essere sensibili all'abrasività meccanica e, pertanto, potrebbero richiedere ulteriori strategie di protezione e integrazione", ha spiegato il gruppo di ricerca multidisciplinare a pv megazine. "Incorporare un modulo solare stampato in una parte in plastica semplifica le sfide di integrazione, fornendo allo stesso tempo ulteriore protezione meccanica, adattabilità della forma e contatti ottimizzati per le connessioni".

I ricercatori hanno, come primo step, creato moduli nella stampa roll-to-roll, utilizzando una miscela fotoattiva nota come P3HT:O-IDTBR, scelta per la sua stabilità morfologica e termica, che hanno ricoperto un ruolo cruciale per il successivo processo di stampaggio a iniezione.

"Lo sviluppo del prodotto OPV richiede materiali fotovoltaici con elevata stabilità morfologica sotto stress termico, come la miscela P3HT:O-IDTBR", hanno sottolineato gli accademici. "A questo proposito, sono urgentemente necessari materiali con prestazioni più elevate e con pari stabilità".

Gli scienziati hanno successivamente inserito i moduli orizzontalmente in uno stampo a iniezione di poliuretano termoplastico a base di copolimero di polietere. Questo materiale è stato scelto per la sua bassa temperatura di processo, l'ampia compatibilità con i substrati e la flessibilità. L'iniezione è stata eseguita utilizzando un inserto con cavità da 120 mm × 120 mm × 2 mm, a una velocità di 90 mm −1 s.

"Dalla selezione di 64 moduli stampati roll-to-roll, 32 sono stati iniettati e gli altri 32 sono stati mantenuti come riferimenti", hanno spiegato i ricercatori. "In media, i moduli IM-OPV hanno mantenuto il 98,1% delle prestazioni originali. Solo 2 campioni hanno fallito e 28 campioni hanno conservato oltre il 90% delle prestazioni originali, il che porta la resa del processo IM vicino al 90%".

Per quanto riguarda la stabilità meccanica e operativa, gli scienziati hanno riscontrato un aumento medio di oltre il 35% del punto di stress massimo nei campioni IM-OPV. La prima rottura sui dispositivi di controllo si è verificata al 10–30% di deformazione, mentre sui moduli IM-OPV questo valore è balzato fino al 70–150%. Inoltre, dopo 50.000 cicli nei moduli stampati è stata riscontrata una conservazione dell'efficienza di conversione di potenza superiore al 90%.

"Questo lavoro rappresenta la prima dimostrazione di celle solari in plastica in-mold e apre nuove possibilità per il fotovoltaico organico per consentire applicazioni specifiche che richiedono elevate prestazioni optoelettroniche e strutturali simultanee", hanno affermato i ricercatori. "Riteniamo che l'attenzione futura ai materiali plastici a iniezione potrebbe estendere ulteriormente i vantaggi del fotovoltaico in-mold per quanto riguarda la stabilità strutturale e del dispositivo, o addirittura fornire funzionalità ottiche aggiuntive".

I loro risultati sono stati introdotti nel documento "Injection Moulding Plastic Solar Cells", pubblicato su Advanced Science.