CELLE SOLARI POLIMERICHE PROCESSABILI DA MEZZI ACQUOSI: DAI MATERIALI AI MODULI FOTOVOLTAICI (AQUA-SOL) (Progetti)

Type
Label
  • CELLE SOLARI POLIMERICHE PROCESSABILI DA MEZZI ACQUOSI: DAI MATERIALI AI MODULI FOTOVOLTAICI (AQUA-SOL) (Progetti) (literal)
Anno
  • 2013-01-01T00:00:00+01:00 (literal)
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  • Destri Silvia Maria, Panigatti Monica, Mercandelli Pierluigi, Pasini Mariacecilia, Scavia Guido, Giovanella Umberto Unità di Ricerca di Milano Unità di Bari : Farinola Gianluca Maria ( coordinatore Progetto) Unità di Roma : Brown Thomas Meredit Unità di Pisa : Di Bari Lorenzo (2013)
    CELLE SOLARI POLIMERICHE PROCESSABILI DA MEZZI ACQUOSI: DAI MATERIALI AI MODULI FOTOVOLTAICI (AQUA-SOL)
    (literal)
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  • Destri Silvia Maria, Panigatti Monica, Mercandelli Pierluigi, Pasini Mariacecilia, Scavia Guido, Giovanella Umberto Unità di Ricerca di Milano Unità di Bari : Farinola Gianluca Maria ( coordinatore Progetto) Unità di Roma : Brown Thomas Meredit Unità di Pisa : Di Bari Lorenzo (literal)
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  • Destri Silvia Maria, Pasini Mariacecilia, Scavia Guido, Giovanella Umberto , Istituto per lo Studio delle Macromolecole, via E. Bassini 15 -20133 Milano Panigatti Monica, Mercandelli Pierluigi, Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via Venezian 21 Milano (literal)
Titolo
  • CELLE SOLARI POLIMERICHE PROCESSABILI DA MEZZI ACQUOSI: DAI MATERIALI AI MODULI FOTOVOLTAICI (AQUA-SOL) (literal)
Descrizione sintetica
  • PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE - Bando 2012 DI PROGETTO DI RICERCA TRIENNALE prot. 2012A4Z2RY (literal)
Abstract
  • AQUA-SOL aims at contributing sustainable systems for photovoltaic exploitation of solar energy by developing materials, characterization protocols and fabricationroutes for polymer photovoltaic devices processable from aqueous inks. Projected increase in world energy demand and concern over climate change have focused research on renewable energy sources. Photovoltaics (PV) is one of the most promising carbon-neutral methods and organic photovoltaic (OPV) technology holds the promise for a cost-effective, lightweight solar energy conversion platform benefiting from low environmental impact of materials production and waste disposal (compared to Si-PV), and simple solution processing. Still, current methods for OPV manufacturing suffer from some critical aspects: foremost is the use of toxic and pollutant solvents in the film-forming processes; second, evaporation of metal electrodes does not correlate well with low-cost high-throughput production. AQUA-SOL will tackle the objective of aqueous processable polymeric OPV. This will be achieved by: 1) developing aqueous processable materials for the bulk heterojunction (BHJ) film and for the charge transporting layers; 2) re-designing multilayer device processing in aqueous media; 3) controlling structure and morphology of the layers also via chemical groups directing supramolecular aggregation; 4) investigating organization and physical properties of the films through different microscopies, electrical measurements and spectroscopies including chirooptical methods; 5) setting up processes readily scalable to volume production of polymeric OPV modules where all the solution processing steps consist in the printing of aqueous inks. AQUA-SOL will first develop aqueous processable donor and acceptor materials for the BHJ layer. The best performing donor polymers in the literature will be functionalized with polar groups. Polar functionalized C60 and/or C70 derivatives will be used as acceptor materials. Charge transporting polymers, for both electrons (e.g. charged polyfluorene) and holes (e.g. PDOT derivatives) will be developed. Polymers will be made capable of effective multilayer film deposition by functionalization with thermally/chemically cleavable or cross-linkable groups to switch-off water solubility before aqueous processing of subsequent layers. Chiral substituents will be attached to donor polymers to control and investigate molecular aggregation in the BHJ layer. A full characterization of the physical properties will guarantee rational methods to achieve optimal structures. Model devices with efficiencies (PCE) up to 3-5% will be made and large area modules (up to 400 cm2) will be processed from aqueous media by spray coating, ink jet printing and slot die coating and will be characterized both indoors and outdoors. Direct and inverted device configurations will be developed (literal)
  • AQUA-SOL si propone di contribuire alla realizzazione di sistemi sostenibili per lo sfruttamento fotovoltaico dell'energia solare sviluppando materiali, metodi di caratterizzazione e processi per la fabbricazione di celle solari polimeriche processabili da mezzi acquosi. La crescente richiesta mondiale di energia e gli allarmi legati ai cambiamenti climatici hanno intensificato le ricerche su fonti energetiche rinnovabili libere da immissioni di CO2. Il fotovoltaico (PV) rappresenta una delle più promettenti. In particolare, il fotovoltaico organico (OPV) consente di produrre moduli solari leggeri e a basso costo mediante processi da soluzione, con minore impatto ambientale nella produzione e smaltimento dei materiali rispetto alle tecnologie del Si. Permangono tuttavia alcuni aspetti critici nella produzione di celle solari organiche connessi con l'uso di solventi tossici ed inquinanti e di costosi processi di evaporazione per deporre gli elettrodi metallici, che ne hanno sino ad ora limitato la diffusione su ampia scala. AQUA-SOL vuole realizzare una tecnologia di produzione di dispositivi fotovoltaici polimerici basata su processi in mezzo acquoso: 1) sviluppando materiali processabili in acqua per i film bulk heterojunction (BHJ) e trasportatori di cariche; 2) ridefinendo i metodi di deposizione dei dispositivi multistrato; 3) controllando struttura e morfologia dei film anche attraverso gruppi che dirigano l'aggregazione; 4) studiando organizzazione e proprietà fisiche dei film mediante tecniche microscopiche, elettriche e spettroscopiche anche chiroottiche; 5) mettendo a punto processi scalabili per la produzione di moduli fotovoltaici polimerici mediante stampa con inchiostri acquosi. AQUA-SOL svilupperà materiali donatori e accettori solubili in mezzi acquosi: i polimeri donatori più efficienti per OPV da letteratura verranno funzionalizzati con gruppi polari. Come accettori si useranno derivati polari del C60 e C70. Si svilupperanno polimeri trasportatori di elettroni (es. polifluoreni carichi) e buche (es. derivati del PDOT). I polimeri saranno resi compatibili con la realizzazione di strutture multistrato introducendo gruppi rimovibili termicamente o chimicamente, o reticolabili per annullare la solubilità in acqua dopo la formazione del film e consentire le successive deposizioni. Sui polimeri donatori si introdurranno sostituenti chirali per il controllo dell'aggregazione, che verrà poi studiata con tecniche chiroottiche. Lo studio delle proprietà fisiche garantirà un approccio razionale a strutture ottimizzate. Si realizzeranno dispositivi modello con efficienze (PCE) 3-5% e si fabbricheranno moduli a larga area (fino a 400cm2) mediante tecniche spray coating, ink-jet printing e slot die coating da mezzo acquoso, che verranno caratterizzati sia indoor che outdoor. Si svilupperanno dispositivi con configurazioni diretta ed inversa (literal)
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