Un semiconduttore organico ha raggiunto un traguardo fino a oggi ritenuto irraggiungibile: convertire quasi tutta la luce assorbita in elettricità. Tale scoperta, pubblicata sulla rivista Nature Materials, è frutto di una collaborazione tra l’Università di Pisa, l’Università di Cambridge (Regno Unito) e l’Università di Mons (Belgio), e rappresenta un significativo passo avanti per il futuro delle celle solari e dei dispositivi elettronici alimentati dalla luce.
Il fulcro della ricerca è il P3TTM, una molecola appartenente alla famiglia dei radicali organici. I radicali sono specie chimiche caratterizzate dalla presenza di almeno un elettrone spaiato, che conferisce loro particolare reattività. Storicamente, essi erano noti soprattutto per la loro emissione luminosa, come dimostrato dall’applicazione nei moderni schermi OLED, mentre la loro capacità di produrre elettricità in modo efficiente non era stata ancora valorizzata.
La novità principale consiste nel fatto che, esponendo sottilissimi film di P3TTM a luce blu-violetta, le molecole non solo si eccitano ma iniziano a scambiare elettroni tra loro, generando coppie di particelle cariche. Queste, una volta separate da un semplice campo elettrico, raggiungono una conversione in corrente elettrica con un’efficienza di raccolta prossima al 100%. In termini pratici, quasi l’intera energia luminosa viene trasformata in elettricità utilizzabile.
I vantaggi derivanti da questa scoperta sono considerevoli. Nelle celle solari organiche tradizionali — dispositivi in grado di convertire l’energia luminosa in elettrica mediante l’effetto fotovoltaico — una parte significativa della luce viene dispersa a causa dell’intrappolamento delle cariche. Grazie al P3TTM, la conversione da luce in corrente elettrica avviene in modo semplice e diretto, eliminando la necessità delle complesse architetture sinora adottate. Ciò apre prospettive per celle solari più economiche, leggere e facili da produrre, oltre che per nuovi sensori ottici e magnetici e dispositivi elettronici innovativi che sfruttano la luce come fonte diretta di energia.
“Il nostro contributo come Università di Pisa è stato quello di comprendere, attraverso calcoli quantomeccanici, come le molecole di P3TTM interagiscono tra loro dopo essere state colpite dalla luce – spiega Giacomo Londi, ricercatore del Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale – Questa analisi computazionale è stata fondamentale per confermare che la separazione di carica non dipende da eterogiunzioni o materiali ausiliari, ma è una proprietà intrinseca del radicale organico. In altre parole, abbiamo dimostrato che il meccanismo alla base di questo processo si deve alla natura stessa della molecola, aprendo la strada a una nuova generazione di celle solari più semplici e sostenibili”.