Presentazione della Rete Plastic tecHnologies for the realization of Organic solar cells and high Efficiency Bright and Uniform Sources: PHOEBUS

Coordinatore scientifico

Giuseppe Gigli, CNR-Nano Lecce

Le unità di ricerca e il personale coinvolto

Unità di ricerca Personale

NNL-CNR Nano Lecce (Laboratorio Nazionale di Nanotecnologie)

Prof. Giuseppe Gigli (responsabile scientifico) Dott. Marco Mazzeo (RIC) Dott. Aurora Rizzo (RIC) Dott. Giuseppe Ciccarella (RIC)

DICATECh Bari (Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, edile e di Chimica)

Prof. Piero Mastrorilli (responsabile scientifico) Prof. Gian Paolo Suranna (PO) Dott. Giuseppe Romanazzi (RIC) Dott. Roberto Grisorio (assegnista di ricerca)

CNR-ICCOM Bari (Istituto di Chimica dei Composti Organometallici)

Dott. Antonio Cardone (responsabile scientifico) Dott. Cosimo Cardellicchio (RIC) Dott. Stefania Cicco (RIC) Dott. Omar Hassan Omar (RIC) Dott. Carmela Martinelli

Obiettivo della Rete: mettere in campo le expertises dei tre laboratori di chimica e nanofabbricazione molecolare per fabbricare una nuova generazione di dispositivi organici per applicazioni nel fotovoltaico e nell’illuminazione . Realizzazione di joint lab per sviluppo precompetitivo, addestramento di personale, coinvolgimento di partners industriali nazionali e internazionali,

Settori di impatto: Illuminazione, fotovoltaico, architettura, chimica e fisica di base (sintesi di nuovi composti organici, interazione luce materia in diversi gradi di accoppiamento).

Domanda di innovazione del sistema produttivo

• Innovazione del settore illuminazione e fotovoltaico di terza generazione compatibile con l’integrazione in facciate di vetro

Offerta tecnologica della Rete NNL-CNR NANO LECCE

• La rete PHOEBUS mette a disposizione del tessuto produttivo un know-how in fabbricazione e caratterizzazione di Dispositivi OLED e celle solari di terza generazione oltre che un parco strumentazioni mirato alla

• Analisi ottica dei materiali in dispositivi

• Analisi elettro-ottica di dispositivi elettroluminescenti

• Analisi elettro-ottica di dispositivi celle solari

• Evaporatori di ultima generazione per la fabbricazione di dispositivi OLED e strutture fotoniche e ad eterostruttura organica

• TEM, FIB, EBL, Cleanroom, laboratori di spettroscopia avanzata

Domanda di innovazione del sistema produttivo

• Innovazione del settore illuminazione e fotovoltaico con dispositivi a basso costo ed alta efficienza

Offerta tecnologica della Rete DICATECh

• La rete PHOEBUS mette a disposizione del tessuto produttivo un know-how in sintesi e caratterizzazione di materiali innovativi oltre che un parco strumentazioni mirato alla

• Analisi ottica dei materiali

• Analisi elementare

• Comportamento elettrochimico

Domanda di innovazione del sistema produttivo

• Innovazione del settore illuminazione e fotovoltaico con dispositivi a basso costo ed alta efficienza

Offerta tecnologica della Rete ICCOM

• La rete PHOEBUS mette a disposizione del tessuto produttivo un know-how in sintesi e caratterizzazione di materiali innovativi oltre che un parco strumentazioni mirato alla completa caratterizzazione chimico-strutturale dei materiali sintetizzati ed alla caratterizzazione ottica di base:

• Analisi ottica dei materiali (UV-Vis, Fluorescenza)

• Analisi elementare

• Analisi spettroscopica NMR, Analisi con spettrometria di Massa, Analisi MALDI-TOF

Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 1.

Risultati raggiunti: OLED ad emissione bianca da 40lm/W, 25000cd/m2, 200h, CRI> 90, 25cm2

Ricadute industriali

• Possibile implementazione in strutture di vario tipo per l’illuminazione di ambienti e per la segnaletica

Altri risultati

Realizzazione di dispositivi flessibili

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Aziende chimiche per l’acquisizione di materiali organici commerciali (i.e Sigma Aldrich)

Materiali per il doping, materiali per lo strato attivo

semestrale

Le attività svolte al 31/12/2013 Attività/progetto/servizio 2.

Risultati raggiunti: Celle solari DSSC

Ricadute industriali

• Possibile implementazione in strutture di vario tipo come finestre intelligenti

Altri risultati

Relizzazione di celle solari test con materiali innovativi sintetizzati nell ambito della rete Phoebus

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Daunia Solar Cells Celle solari DSSC per finestre intelligenti

Mensile

Dyesol Materiali per DSSC Semestrale

Attività programmate

Sono previste delle attività in collaborazione con i ricercatori della rete che prevedono la sintesi di nuovi dyes organici ad elevata efficienza

Fabbricazione di celle solari semitrasparenti con caratteristiche cromatiche/estetiche modulabili

Sintesi e caratterizzazione chimico-strutturale di nuovi materiali per OLED

La realizzazione di nuove strutture fotoniche e dispositivi

Prototipi realizzati

Sviluppo di OLED Bianchi trasparenti per finestre intelligenti

Attrattiva degli WOLEDs

Alte efficienze Flessiblità e Larga area

Basso costo di produzione

Elevati CRI

Basse efficienze comparate ai tubi a fluorescenza

Non facili da realizzare su supporti flessibili

Costi elevati

Focus dei problemi

A causa dell’anodo, l’ITO, un materiale fragile e costoso

Perchè?

• Anodo sostituito da un layer metallico microcavità metallica

• Microcavità metalliche: differenti modi risonanti

• Tuning ottico attraverso modulazione degli spessori

L’ IDEA: OLED a cavità multipla

Elevati CRI ed efficienze con le cavità

multiple

Photoelectrochemical devices for solar energy

conversion and shielding

0.5 mm

Photoelectrochemical devices for solar energy

conversion and shielding

EFFICIENCY

RECORD

10.3%

DSSC FEATURES Better than other PV technologies in haze, overcast

conditions, shading and indirect light situations Modest capital required to establish manufacturing

Semi-transparent PV Possibility for various colors aesthetic appeal Flexibility suits new product development Bifacial feature of transparent DSSC

SHAPE TAILORED NANOXIDEs

PHOTOVOLTACHROMIC DEVICES towards smart multifunctional windows

Implementazione di componenti edili avanzati integrabili quale chiusure verticali ovvero orizzontali di tipo trasparenti, parzialmente trasparenti od opache, con funzioni di: 1. Produzione di energia mediante celle DSSC il cui utilizzo è funzionale ad una “integrazione architettonica totale” (non vincolato all’esposizione dei pannelli con inclinazione di 30°ca) 2. Schermatura solare mediante sistemi foto/elettro-cromici a carattere responsivo 3. Illuminazione di interni autoalimentata. La produzione di energia luminosa avverrebbe mediante dispositivi OLED alimentati a bassa tensione (<10V) per mezzo di specifici accumulatori integrati nella vetrata.

Cannavale et al. En. & Env. Sci. 2011

Grandi gruppi industriali:

ST MICROELECTRONICS

Dispositivi fotonici basati su materiali organici Sensoristica di controllo

TOZZI RENEWABLE ENERGY

Moduli fotovoltaici con tecnologia DSSC

RAPPORTI CON IL MONDO PRODUTTIVO PARTNERS

Start-up:

Mediteknology

Sintesi composti molecolari fluorescenti

Synchimia

Sintesi sensibilizzatori organici per DSSC Daunia Solar Cell Sintesi nano-ossidi di titanio Sviluppo gel-elettrolitici

Synthesis and Characterization of

Single White Emitting Polymer

MEH-PPDFV

400 500 600 700 800

Wavelength / nm

no

rm. e

mis

sio

n inte

nsity / a

rb.u

.

Cop1:TPD

MEH-PPV

MEH-PPDFV

CP1

Prodotti della ricerca: Pubblicazioni

Prodotti della ricerca: Pubblicazioni (

2010

1) R. Grisorio, G.P. Suranna, P. Mastrorilli: Chain-Growth Versus Step-Growth Mechanisms for the Suzuki–Heck Polymerisation of Fluorenyldibromides with Potassium Vinyl Trifluoroborate, Chemistry – A European Journal Volume 16 (2010) 8054–8061.

2) S. Colella, M. Mazzeo, R. Grisorio, E. Fabiano, G. Melcarne, S. Carallo, M. D. Angione, L. Torsi, G. P. Suranna, F. della Sala, P. Mastrorilli, G. Gigli Monodispersed molecular donors for bulk hetero-junction solar cells: from molecular properties to device performances Chemical Communications, 46 (2010) 6273-6275.

Prodotti della ricerca: Pubblicazioni (

2010 3) R. Grisorio, G. Melcarne, G.P. Suranna, P. Mastrorilli, C. F. Nobile, P. Cosma, P. Fini, S. Colella, E. Fabiano, M. Piacenza, F. Della Sala, G. Ciccarella, M. Mazzeo, G. Gigli “First disubstituted dibenzothiophene-5,5-dioxide monodispersed molecular materials for efficient blue-electroluminescence” Journal of Materials Chemistry 20 (2010) 1012 -1018

Prodotti della ricerca: Pubblicazioni (

2011 1) R. Grisorio, P. Mastrorilli,G.P. Suranna, P. Cosma, L. De Marco, M. Manca, G. Gigli The Suzuki–Heck

Polymerization as a Tool for the Straightforward Obtainment of Poly(fluorenylene-vinylene) Sensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 49, 842–847 (2011)

2) S. Colella, G. Melcarne, M. Mazzeo, G. Gigli, R. Grisorio, G.P. Suranna, P. Mastrorilli Synthesis, characterization and photovoltaic properties of random poly(arylene-vinylene)s containing benzothiadiazole Polymer 52 (2011) 2740-2748.

Prodotti della ricerca: Pubblicazioni (

2011 1) Cannavale A., Manca M, Malara F., De Marco L., Cingolani R. and Gigli G. “Highly efficient smart

photovoltachromic devices with tailored electrolyte composition”. EN. & ENV. SCI., (2011) 4, 2567-2574

Prodotti della ricerca: Pubblicazioni (

2012 1) Roberto Grisorio, Giovanni Allegretta, Giuseppe Romanazzi, Gian Paolo Suranna, Piero Mastrorilli, Marco Mazzeo, Miriam Cezza, Sonia Carallo, Giuseppe Gigli An Insight into the Potential of Random Poly(heteroarylene–vinylene)s as Donor Materials in Bulk Heterojunction Solar Cells MACROMOLECULES, vol. 45, p. 6396-6404, 2) Roberto Grisorio, Giovanni Allegretta, Gian Paolo Suranna, Piero Mastrorilli, Anna Loiudice, Aurora Rizzo, Marco Mazzeo, Giuseppe Gigli (2012). Monodispersed vs. polydispersed systems for bulk heterojunction solar cells: the case of dithienopyrrole/anthracene based materials. Journal of Materials Chemistry, vol. 22, p. 19752-19760.

Prodotti della ricerca: Pubblicazioni ( 2013 1) Roberto Grisorio, Luisa De Marco, Giovanni Allegretta, Roberto Giannuzzi, Gian Paolo Suranna, Michele Manca, Piero Mastrorilli, Giuseppe Gigli (2013). Anchoring stability and photovoltaic properties of new D(-π-A)2 dyes for dye-sensitized solar cell applications. DYES AND PIGMENTS, vol. 98, p. 221-231 2) Carmela Martinelli, Umberto Giovanella, Antonio Cardone, Silvia Destri, Gianluca M. Farinola. Single White Light Emitting Copolymer based on the phenylenevinylene conjugated skeleton. Journal Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 3) M. Mazzeo, F. Mariano, A. genco, S. Carallo and G. Gigli. High Efficiency ITO-free flexible white organic

light emitting diodes based on multi-cavity technology (2013), Organic Electronics, Vol. 14, Issue 11,

Pg. 2840, 2013

Imponibile IVA Totale

Quadro economico 2.600.000,00 520.000,00 3.120.000,00

A-17 Glove box Jacomex Stralciata Stralciata Stralciata

1197 06/03/09

A-21 SIMS Olympus 55.771,00 11.154,20 66.925,20

6993 21/09/09

A-22 Telecam Olympus

7.984,19 1.596,84 9.581,03 6993 21/09/09

A-23 micro Olympus

17.249,82 3.449,96 20.699,78 3601 20/05/09

A-24 AFM Veeco

250.000,00 50.000,00 300.000,00 8388 02/11/09

A-4 Spin coater Laurell Technologies 3.435,33 687,07 4.122,40

365 28/06/10

A-2 Studi elet.chim

Metrohm Italiana srl (importo modificato) 17.000,00 3.400,00 20.400,00

729

11/11/10

A-3 Spettrofot.

Jasco Europe srl (importo modificato) 41.000,00 8.200,00 49.200,00

731

11/11/10

A-6 Consolle Bruker 120.000,00 24.000,00 144.000,00

511 19/07/10

TOTALE Primo rendiconto 512.440,34 102.488,07 614.928,41

A-7 fab DSSC DyeSol Italia 86.950,00 17.390,00 104.340,00 222 07/03/2011

A-11 caratt OLED LaserOptronic S.p.A. 37.900,00 7.580,00 45.480,00 1212 16/11/2010

A-14 Profilometro 2M Strumenti S.r.l. 30.000,00 6.000,00 36.000,00 1366 11/01/2011

A 16 Reometro Italscientifica S.p.A. 34.800,00 6.960,00 41.760,00 1449 14/12/2010

A 9 Porosimetro BET Alfa Test 28.950,00 5.790,00 34.740,00 1450 14/12/2010

A 13 Linea car. DSSC LaserOptronic S.p.A. 88.900,00 17.780,00 106.680,00 1448 14/12/2010

A 12 Galvanostato EIS Metrohm Italiana srl 24.900,00 4.980,00 29.880,00 1365 11/01/2011

TOTALE Secondo rendiconto 332.400,00 66.480,00 398.880,00

A-8 ellissometro Lot Oriel 94.900,00 18.980,00 113.880,00 1400 21/07/2011

A-5 Flash cromat. Biotage 17.250,00 3.450,00 20.700,00 482 12/07/2011

A-19 FIB Assing 757.000,00 158.970,00 915.970,00 2301 30/11/2011

A-1 Analizzatore Eurovector 26.800,00 5.360,00 32.160,00 191 29/03/2011

A-18 Mask Heidelberg 46.980,00 9.396,00 56.376,00 338 16/03/2011

A-18 Mask Heidelberg 187.920,00 39.463,20 227.383,20 2445 16/03/2011

A-15 Camera light s. DyeSol Italia 14.800,50 3.108,10 17.908,60 2399 07/12/2011

A-10 NMR x solidi Bruker 156.900,00 31.380,00 188.280,00 2070 26/10/2011

A-20 mezzi attivi Olympus

173.444,95 34.688,99 208.133,94 2302 30/11/11

A-20 mezzi attivi Olympus

236.455,05 47.291,01 283.746,06 2446 12/12/11

TOTALE Terzo rendiconto 1.712.450,50 352.087,30 2.064.537,80

TOTALE da Rendicontare

2.557.290,84 521.055,37 3.078.346,21

Economie 42.709,16 -1.055,37 41.653,79

Macchine acquistate

Sistema di caratterizzazione OLED e sfera integratrice

Ellissometro per misure di trasmittanze e costanti ottiche dei layers organici e metallici per OLED

Sistema a risonanza magnetica a stato solido per analisi di composti organici

Microscopio confocale per acquisizioni di immagini di strutture fluorescenti organiche e inorganiche in stato solido

CONSOLLE FT-NMR AVANCETM 500

Aggiornamento Spettrometro NMR Bruker AM500

analizzatore elementare CHNS (Apparecchiatura 1) strumentazione per studi elettrochimici

su semiconduttori organici” (Apparecchiatura 2)

spettrofotometro UV-VIS NIR a doppio raggio (Apparecchiatura 3)

spettrofotometro FTIR (Apparecchiatura 3, acquisita in unico lotto con lo spettrofotometro UV-Vis) Sistema per cromatografia

flash preparativa (Apparecchiatura 5)

Spin coater (apparecchiatura 4)