Uno dei materiali organici più comuni in natura derivato dal legno – lignina – può essere utilizzato per creare celle solari organiche stabili ed ecocompatibili.
I ricercatori dell’Università di Linköping e del KTH Royal Institute of Technology hanno ora dimostrato che la lignina kraft non trattata può essere utilizzata per migliorare ulteriormente le celle solari organiche. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Materials.
L’obiettivo a lungo termine di Mats Fahlman e Qilun Zhang è quello di costruire una cella solare realizzata quasi interamente con materiali in legno. Credito immagine: Thor Balkhed/Università di Linköping
La luce solare sembra attualmente essere una delle principali fonti di energia sostenibile. Le celle solari tradizionali realizzate in silicio sono efficienti ma hanno un processo di produzione complicato e ad alto consumo energetico che può portare a pericolose fuoriuscite di sostanze chimiche.
Le celle solari organiche sono quindi diventate un’area di ricerca calda grazie al loro basso costo di produzione, alla leggerezza e alla flessibilità, e quindi a molte applicazioni, come l’uso in interni o attaccate agli indumenti per alimentare dispositivi elettronici personali.
Ma un problema è che le celle solari organiche sono fatte di plastica o di polimeri derivati dal petrolio. Quindi, sebbene biologici, non sono così rispettosi dell’ambiente come potrebbero essere.
Direttamente dalla pasta di legno
I ricercatori dell’Università di Linköping e del KTH hanno ora sviluppato una cella solare organica in cui parte dello strato di trasporto degli elettroni collegato al catodo nella cella solare è costituito da quella che è nota come lignina kraft, proveniente direttamente dalla pasta di legno. Anche se attualmente solo una piccola parte della cella solare è costituita da lignina, l’obiettivo a lungo termine è quello di costruire una cella solare realizzata quasi interamente con materiali in legno.
“Vogliamo costruire celle solari efficienti, affidabili, economiche e rispettose dell’ambiente. Questo studio ci consente di dimostrare che ciò è possibile e rappresenta un primo passo verso la sostituzione degli odierni materiali a base di petrolio con alternative a base di legno”, afferma Mats Fahlman, professore presso il Laboratorio di elettronica organica (LOE) dell’Università di Linköping.
In studi precedenti, materiali a base di legno modificati chimicamente sono stati utilizzati per aumentare l’affidabilità, o stabilità, sia nelle celle solari organiche che nelle celle solari realizzate con il materiale cristallino perovskite. Nel loro studio recentemente pubblicato, i ricercatori di Linköping hanno utilizzato una versione “grezza” della lignina, chiamata lignina kraft, estratta direttamente dal legno nel processo di produzione della carta. Insieme a KTH hanno analizzato quale composizione molecolare della lignina è più adatta allo scopo.
“Abbiamo creato un materiale, o composito, dalla lignina kraft che dovrà costituire lo strato di interfaccia del catodo. Si è scoperto che questo rendeva la cella solare più stabile. Il vantaggio della lignina kraft è che ha la capacità di creare molti legami idrogeno, il che aiuta a stabilizzare la cella solare”, afferma Qilun Zhang, principale ingegnere ricercatore presso LOE.
Non tossico, sostenibile ed economico
Le celle solari organiche sono già in uso, principalmente per applicazioni interne. Possono anche sostituire le batterie dei sensori e di dispositivi simili a basso consumo energetico. Secondo Mats Fahlman questo è il primo passo nel mercato delle celle solari organiche. Questa tecnologia può quindi essere ampliata per applicazioni più ampie come la fornitura di energia pura. E costruirli con materiali in legno renderebbe l’intera cella solare più rispettosa dell’ambiente.
“Le celle solari organiche non saranno mai le più efficienti. Ma il loro vantaggio è che non sono tossici, sono sostenibili ed economici. Se hanno un’efficienza del 15-20%, è più che sufficiente per la maggior parte delle applicazioni”, afferma Mats Fahlman.
Lo studio è stato finanziato principalmente dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg attraverso il Wallenberg Wood Science Center. Finanziamenti sono stati ricevuti anche dall’Agenzia svedese per l’energia, dal Consiglio svedese della ricerca, dalla Fondazione svedese per la cooperazione internazionale nella ricerca e nell’istruzione superiore – STINT, e dall’Area di ricerca strategica del governo svedese sui materiali funzionali – AFM – presso l’Università di Linköping.
Articolo: Lo strato di interfaccia catodico binario industriale Kraft basato sulla lignina consente una maggiore stabilità nelle celle solari organiche ad alta efficienza; Qilun Zhang, Tiefeng Liu, Sebastian Wilken, Shaobing Xiong, Huotian Zhang, Iuliana Ribca, Mingna Liao, Xianjie Liu, Renee Kroon, Simone Fabiano, Feng Gao, Martin Lawoko, Qinye Bao, Ronald Österbacka, Mats Johansson, Mats Fahlman; Materiali avanzati 2023pubblicato online il 9 ottobre 2023. DOI: 10.1002/adma.202307646
Scritto da Anders Törneholm
Fonte: Università di Linköping
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
