WP5 - Tecnologia fotovoltaica organica e ibrida

Obiettivi

WP5 ha come obiettivo la costituzione di un laboratorio chimico per la sintesi di molecole e nanosistemi funzionali e lo sviluppo di materiali innovativi per la tecnologia fotovoltaica non convenzionale a base organica e ibrida inorganica-organica. Le attività di WP5 progrediranno parallelamente a quelle di WP6 i cui dati di caratterizzazione forniranno spunti per l’ottimizzazione delle strategie di preparazione delle molecole e dei nanosistemi e la formulazione dei nuovi materiali. L’attività è indirizzata alla progettazione, anche mediante metodi computazionali, e alla sintesi di molecole e materiali per celle solari sia completamente organiche (nella variante polimero-fullerene) sia ibride, contenenti coloranti sensibilizzatori, nanocristalli inorganici (quantum dots) o nanopolveri di ossidi e solfuri semiconduttori dispersi in matrice polimerica semiconduttrice. Saranno inoltre sfruttate le proprietà di eterogiunzioni nanostrutturate a base di ossidi e solfuri semiconduttori per migliorare le tecnologie esistenti. L’attività di ricerca e sviluppo del WP5 è organizzata in cinque azioni:

Task 5.1 Allestimento di un laboratorio chimico di supporto alle attività di sintesi di molecole e materiali per la tecnologia fotovoltaica

E’ in allestimento un laboratorio chimico per ospitare l’attrezzatura di base necessaria alla sintesi di molecole e materiali e, più in generale, alla manipolazione di sostanze chimiche nell’ambito del progetto in condizioni di sicurezza per gli operatori e l’ambiente. Esso sarà dotato di alcune strumentazioni per la deposizione di film sottili organici e ibridi e di un sistema GPC-HPLC per la determinazione della purezza dei composti e la determinazione dei pesi molecolari dei materiali polimerici semiconduttori. Il laboratorio inoltre ospiterà una stazione per la determinazione della curva caratteristica e della resa quantica dei prototipi di celle fotovoltaiche preparati dalle diverse WP del progetto.

Task 5.2 Preparazione di elettroliti e configurazioni elettrodiche nanocomposite ibride per celle tipo DSSC (dye-sensitized solar cells)

L’attività di ricerca consisterà nella preparazione di elettroliti solidi, configurazioni elettrodiche e fotosensibilizzatori per celle solari a pigmenti fotosensibili tipo DSSC (dye–sensitized solar cells), la cui caratterizzazione sarà sviluppata nell’ambito del WP6. Verranno preparati materiali anodici e catodici nanocompositi elettroattivi e foto-elettroattivi, a morfologia core-shell, contenenti, ad esempio, Si, Ti, Fe. Gli elettroliti solidi saranno ibridi inorganico-organici appartenenti alla famiglia degli Z-IOPE (zeolitic inorganic-organic polymer electrolyte) oppure a struttura tridimensionale reticolata, drogati anche con opportuni liquidi ionici. Verranno inoltre sviluppati i fotosensibilizzatori molecolari per la funzionalizzazione dei materiali anodici e catodici. I materiali preparati saranno utilizzati per assemblare prototipi di celle DSSC che saranno caratterizzate e provate (in connessione con WP6) in condizioni operative secondo la normativa vigente.

Task 5.3 Sintesi di fullereni funzionalizzati e polimeri semiconduttori per celle organiche a eterogiunzione diffusa (BHJ, bulk heterojunction solar cells)

Vengono sintetizzati fullereni contenenti gruppi funzionali in grado di interagire efficacemente con gli elettroni p del fullerene stesso al fine di modularne il bandgap in funzione di quello del polimero semiconduttore considerato. L’attività sarà svolta in stretta connessione con i gruppi di caratterizzazione del WP6 per l’ottimizzazione delle molecole e dei materiali preparati che saranno impiegati per la fabbricazione di celle solari utilizzando competenze esterne a WP5.

Task 5.4 Sintesi di quantum-dots e nanopolveri di ossidi e solfuri semiconduttori in matrice polimerica semiconduttrice

Le attività sono rivolte alla sintesi di precursori molecolari inorganici e metallorganici e di nanosistemi supportati o in matrice a base di ossidi del tipo Cu_xO/ZnO e Cu_xO/ZnS (x=1,2), Co₃O₄/ZnO; Co₃O₄/TiO₂ contraddistinti da peculiare morfologia e organizzazione spaziale. Le sintesi saranno condotte sia da fase vapore sia da fase liquida, nonché loro combinazioni. Saranno anche realizzati materiali in forma di nanopolveri da inglobare in opportuni polimeri semiconduttori.

Task 5.5 Preparazione di eterogiunzioni nanostrutturate a base di ossidi e solfuri semiconduttori

La ricerca si propone di realizzare giunzioni p-n in opportune nanostrutture a base di ossidi e solfuri semiconduttori (task 5.4) per il miglioramento delle tecnologie fotovoltaiche convenzionali esistenti.

WP5 - Tecnologia fotovoltaica organica e ibrida Responsabile: prof. Michele Maggini University of Padua Dipartimento di Scienze Chimiche, Via Marzolo, 1 - 35131 Padova Telefono +39 049 827 5662 - Email: michele.maggini[at]unipd.it