RICERCA ITALIANA     

MATERIALI ORGANICI PER DISPOSITIVI FOTOVOLTAICI ED ELETTROLUMINESCENTI: PROGETTAZIONE, SINTESI, VALUTAZIONE

Università degli Studi di Bari

Abstract

In questo progetto di ricerca verranno sviluppati nuovi materiali organici polimerici e supramolecolari per dispositivi elettroluminescenti e fotovoltaici, così da contribuire al risparmio energetico ed all’approvvigionamento di energia da fonti rinnovabili. Lo studio renderà disponibile una varietà di materiali con tipologie strutturali molto diversificate, definirà per questi delle chiare correlazioni proprietà-struttura e consentirà di selezionare i sistemi con le migliori prestazioni. Tali risultati potranno essere raggiunti coordinando efficacemente l’attività di sintesi con la valutazione delle proprietà a livello di singole molecole, di strutture supramolecolari e di materiali allo stato solido, sino alla determinazione delle prestazioni nei dispositivi.
L’indagine intende svolgersi in modo esplorativo su numerose categorie di composti che sarà possibile ottenere grazie agli sforzi congiunti e complementari di tre unità di ricerca di comprovata esperienza nel campo della sintesi organica. Verranno sviluppati anche sistemi in grado di aggregarsi in strutture supramolecolari attraverso specifiche interazioni e processi di self-assembly indotti dalla presenza di appropriate funzionalità. Il lavoro sintetico si svolgerà in stretta correlazione con la valutazione delle proprietà dei materiali, condotta da tre delle unità partecipanti, definendo una sequenza rigorosamente programmata di protocolli di caratterizzazione e realizzando dispositivi per la valutazione dei >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Gianluca Maria Farinola Università degli Studi di BARI

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto si propone di raggiungere come principale obbiettivo lo sviluppo di nuovi materiali organici per dispositivi fotovoltaici ed elettroluminescenti. Il progetto, connotato da un forte contributo di tipo sintetico, mira ad offrire numerose tipologie di composti, ispirate a diversi criteri strutturali, in risposta all’esigenza di materiali con elevate prestazioni. L’esplorazione sistematica sarà rivolta in alcuni casi a modificazioni innovative di sistemi base già noti, mentre in altri casi svilupperà strutture mai valutate in precedenza. Ulteriore obbiettivo del progetto è rappresentato dalla individuazione di protocolli generali di caratterizzazione e valutazione dei materiali per applicazioni in elettroluminescenza e fotovoltaico, che possano essere di validità generale, basati su una sequenza di metodiche che partano dalla caratterizzazione del materiale in soluzione per giungere a quella nel dispositivo. Infine, il progetto si propone di definire, anche con l’ausilio di calcoli teorici, correlazioni proprietà-struttura che possano offrire dei criteri generali di progettazione molecolare di materiali per le applicazioni in oggetto.
Gli obbiettivi da raggiungere sono discussi di seguito in maggior dettaglio.

Obbiettivo 1: Materiali per elettroluminescenza
1) Materiali per emissione di luce nel bianco.
Elettroluminescenza bianca può essere ottenuta dall’emissione simultanea di luce dei tre colori fondamentali o di due colori >>>

Risultati parziali attesi

Il progetto di ricerca proposto è strutturato in modo da poter condurre ad interessanti risultati a diversi livelli, rappresentando così un contributo significativo, da parte di un consorzio di ricercatori italiani, al progresso nel settore dei materiali organici per l’optoelettronica, un campo che vede coinvolti numerosi gruppi accademici ed industriali su scala internazionale.
Ad un primo livello i risultati saranno costituiti dai nuovi materiali (si vedano gli obbiettivi 1 e 2), i quali verranno disegnati ed ottenuti partendo dai sistemi più efficienti descritti dallo stato dell’arte ed apportando modifiche migliorative ed innovazioni strutturali. I risultati riguarderanno anche materiali di nuova concezione. L’esplorazione di strutture ad ampio raggio contribuirà allo sviluppo di processi di sintesi basati sulle più moderne metodologie della chimica organica e caratterizzate da elevate efficienza, selettività e riproducibilità. Per le diverse classi di composti si definiranno anche rigorose procedure di purificazione, essendo dimostrata l’influenza critica del grado di purezza sulle proprietà optoelettroniche.
Le classi di materiali che ci si attende di ottenere sono definite in maggior dettaglio di seguito, evidenziandone gli aspetti di avanzamento rispetto allo stato dell’arte.
Materiali per elettroluminescenza (Risultati per l’obbiettivo 1)
Verrà preparata una serie di nuovi materiali elettroluminescenti con coordinate CIE che ricadono >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il continuo impoverimento delle riserve di combustibili fossili per la produzione di energia, aggravato dai danni ambientali provocati dalle emissioni di gas inquinanti e/o con effetto serra rappresenta un problema di difficile soluzione nel prossimo futuro al fine di mantenere gli attuali livelli di vita nei paesi industrializzati e di favorire la crescita dei paesi in via di sviluppo. Le possibili soluzioni sono rappresentate sia dalla sostituzione degli attuali utilizzatori di energia con altri aventi efficienza maggiore o eguale agli attuali ma consumi più ridotti, sia dallo sviluppo di tecnologie per la produzione di energia da fonti rinnovabili. Nuovi sistemi di illuminazione civile e domestica caratterizzati da alti rendimenti e basso consumo possono rivestire un ruolo importante nel risparmio energetico. La tecnologia dei semiconduttori inorganici ha sviluppato nel corso di alcuni decenni nuovi dispositivi emettitori di luce (LEDs), ed i più recenti risultati sono costituiti da LEDs con emissione di luce bianca idonei per l’illuminazione in sostituzione delle lampade ad incandescenza o fluorescenti con notevole risparmio energetico. Negli ultimi decenni una nuova classe di materiali organici si è affermata come alternativa ai semiconduttori inorganici convenzionali, con diversi vantaggi connessi principalmente ai processi di fabbricazione dei dispositivi più semplici e meno costosi. Diodi luminosi basati su materiali organici (OLEDs) sono stati utilizzati nella >>>