Ottimizzazione guidata della sostenibilità di materiali organici a trasporto di lacune per celle solari perovskite: strategie innovative per la sintesi e la lavorazione.

The ongoing intensification of global climate change has prompted action from various governmental institutions to mitigate its effects and consequences. Achieving sustainable development goals and attaining a climate-neutral world necessitates the collective commitment of all stakeholders to reduce CO2 and other greenhouse gas emissions. Among the sectors contributing to this reduction, the energy one stands out as the primary source of pollution. A key objective for the early to mid-21st century is the decarbonization of the energy sector, which involves the transition away from fossil fuel-based energy sources and the promotion of the widespread adoption of renewable, low-polluting alternatives. Among the diverse array of zero-carbon energy sources, photovoltaics (PV) has emerged as the most widely adopted option, due to its low cost, widespread accessibility, well-established technology, and ease of integration into existing infrastructure. Silicon-based wafer PV technologies have served as the foundation of the PV market since its inception; however, recent advancements have led to increased interest in emerging PV technologies, such as perovskite solar cells (PSCs), which promise superior performance with potentially lower environmental impacts. Nevertheless, significant challenges remain in scaling up PSC technology for commercial production. This thesis addresses critical sustainability issues related to one key component of PSCs: the hole transport material (HTM). These challenges include the use of environmentally problematic materials in device fabrication and the high costs that hinder the industrialization of HTMs. This work proposes and prioritises sustainable solutions, ranging from strategic molecular design to innovative methodological approaches, with the goal of bridging the research-to-industry gap for PSCs. Finally, the thesis explores the potential applications of PSCs, including their use in powering extraterrestrial systems.

L'intensificazione in corso dei cambiamenti climatici globali ha spinto diverse istituzioni governative ad agire per mitigare i suoi effetti e conseguenze. Raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile richiede l'impegno collettivo di tutti gli attori coinvolti nella riduzione delle emissioni di CO2 e altri gas serra. Tra i settori che contribuiscono a questa riduzione, quello energetico spicca come la principale fonte di inquinamento. Un obiettivo chiave per la metà del XXI secolo è la decarbonizzazione del settore energetico, che implica il passaggio da fonti di energia di origine fossile a fonti rinnovabili a bassa emissione di inquinanti. Tra le diverse fonti energetiche a zero emissioni di carbonio, il fotovoltaico (FV) è emerso come l'opzione più ampiamente adottata, grazie al suo basso costo, alla sua ampia accessibilità, alla tecnologia ben consolidata e alla facilità di integrazione nell'infrastruttura esistente. Le tecnologie fotovoltaiche a base di silicio sono state la base del mercato del FV sin dalla sua nascita; tuttavia, i recenti progressi hanno suscitato un maggiore interesse per le tecnologie fotovoltaiche emergenti, come le celle solari a perovskite (PSC), che promettono prestazioni superiori con potenziali impatti ambientali inferiori. Tuttavia, rimangono sfide significative nell'espansione della tecnologia PSC per la produzione commerciale. Questa tesi affronta gli aspetti di sostenibilità relative a uno dei componenti chiave delle PSC: il trasportatore di lacune (HTM). Queste sfide includono l'uso di materiali problematici per l'ambiente nella fabbricazione dei dispositivi e gli elevati costi che ostacolano l'industrializzazione degli HTM. Questo lavoro propone alcune soluzioni sostenibili, che spaziano dalla progettazione molecolare a nuovi approcci metodologici, con l'obiettivo di colmare il divario tra ricerca e industria nel campo delle PSC. Infine, la tesi esplora le potenziali applicazioni delle PSC, inclusi l'uso in ambienti extraterrestri.