Formulazione e caratterizzazione di materiali incapsulanti a base poliuretanica per applicazioni fotovoltaiche

In questo lavoro di tesi la tematica dell'incapsulamento delle celle a perovskite, e dell'aumento della loro stabilità, viene affrontata seguendo un approccio innovativo e economicamente ed ecologicamente sostenibile. Va sottolineato come, lo strato attivo è particolarmente sensibile sia all'umidità atmosferica che all'ossigeno i quali ne causano la degradazione e la perdita delle proprietà fotoelettriche abbassando il rendimento della cella. Siccome sia l'ossigeno che l'umidità sono presenti nelle condizioni di utilizzo di qualsiasi pannello solare (l'ambiente esterno) è importante trovare una soluzione adeguata.1 Tra i vari approcci possibili per affrontare il problema, ci si è focalizzati sulla ricerca di un materiale incapsulante. Il nostro scopo è quello di trovare un materiale che abbia le adeguate proprietà barriera contro l'ossigeno e l'umidità, che non dia interazione chimica con i componenti della cella, che sia a basso costo, processabile a temperatura ambiente e che sia flessibile. La flessibilità, anche se non espressamente collegata alle proprietà incapsulanti di un materiale, ne permetterebbe un più vasto utilizzo. Analizzando le caratteristiche di diversi materiali, si è deciso di formulare e testare le proprietà dei poliuretani termoindurenti. Nel corso del lavoro sperimentale svolto in laboratorio, a partire da polioli e diisocianati con caratteristiche diverse, sono state formulate alcune miscele poliuretaniche. Sono state fatte polimerizzare, su substrati in PET (si è scelto questo materiale perché è simile al PET-ITO utilizzato per le celle PSC flessibili) e sul bancone del laboratorio per avere dei film non supportati. I film così ottenuti sono stati caratterizzati tramite spettrofotometria UV-vis e IR, analisi termiche DSC e TGA, misure di angolo di contatto e permeabilità all'acqua e all'ossigeno. In seguito, si è effettuato un invecchiamento accelerato dei campioni, con luce UV ed in forno, per valutare la stabilità alla foto- e alla termo- ossidazione. Si sono caratterizzati nuovamente i campioni per valutare se erano presenti dei segni di ossidazione e come sono variate le proprietà dei film. Infine, trovata la miscela con le caratteristiche migliori, la si è applicata su alcune celle PSC per valutare l'interazione dell'incapsulante con gli altri componenti della cella e confermare che poteva migliorare la stabilità della stessa sia in condizioni controllate che in condizioni estreme. Per dimostrare queste assunzioni si sono svolte delle misure di PCE e J/V sulle celle con gli incapsulanti.