Ritrovata l’energia perduta del fotovoltaico!

Una cella solare di silicio monocristallino.

Alcuni chimici specializzati in scienze dei materiali delle Università di Austin in Texas e del Minnesota, hanno dichiarato che secondo le loro ricerche, l’efficienza delle celle solari può essere potenziata fino al 60%, molto più del limite del 30% a cui eravamo rassegnati.

Da un punto di vista prettamente economico, incrementare l’efficienza è la chiave per rendere questa tecnologia altamente competitiva rispetto a qualunque altra fra quelle attualmente in uso. Xiaoyang Zhu insieme ai suoi colleghi hanno lavorato sull’energia che viene dispersa nel processo di fotoconversione, lasciando intravedere qualche ottimistico indizio.

La banda proibita (Bandgap).

Un fotone con all’incirca la stessa energia della banda proibita del semiconduttore di cui la cella solare è composta, colpisce un elettrone  nella  banda di conduzione, generando una corrente.

Tuttavia, alcuni fotoni ad alta energia della luce solare superano questa soglia, e l’elettrone ‘hot’ espulso in questo caso, perde rapidamente la sua energia in eccesso, “raffreddandosi” fino ad un livello energetico inferiore,  al limite della banda di conduzione entro un picosecondo (10−12 s). Secondo Zhu, finora non è stato ancora possibile  recuperare l’energia perduta, ma le sue ricerche hanno portato alla scoperta che questa energia può essere preservata con un trasferimento verso uno strato conduttivo adiacente. In questo caso, non solo l’energia trasferita viene recuperata, ma il processo è molto più veloce di quanto previsto, meno di 50 femtosecondi (50•10−15 s).

Il loro esperimento è stato realizzato utilizzando un sistema composto di nanocristalli colloidali di seleniuro di piombo, ovvero una schiera di punti quantici, accoppiati con uno strato di biossido di titanio reso conduttivo. I ricercatori hanno usato seleniuro di piombo per motivi pratici, ma il processo funziona anche con altri nanomateriali che si possono formare i quantum-dot.

I punti quantici aprono la strada a una nuova generazione di celle solari.

In sostanza, le nano-dimensioni dei nanocristalli inducono un elevato numero di interazioni elettrone-elettrone. Questo “effetto di confinamento quantico” mantiene gli elettroni ad un livello di eccitazione elevato almeno per un nanosecondo, il tempo sufficiente per sfruttare la loro effimera energia.

“Ci sono state altre ricerche che indicano il trasferimento di elettroni nell’ambito di sistemi analoghi”, afferma Arthur Nozik, Senior Research aggregato presso il Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory ed esperto di chimica dei punti quantici, ma “le prove finora erano solo indirette”. In particolare, Zhu e i suoi colleghi hanno raccolto informazioni specifiche sui tempi in cui si verifica il trasferimento. La conoscenza dei tempi potrebbe aiutare gli scienziati dei materiali a creare celle  solari per  una diffusione commerciale in grado di catturare l’energia supplementare e raggiungere così efficienze straordinarie.

Zhu avverte anche che ci vorrà molto lavoro prima che i risultati siano applicabili fuori dal laboratorio. In definitiva, il valore dei risultati è correlato alla capacità degli scienziati di canalizzare l’energia recuperata per un uso pratico. Allo stato attuale, gran parte dell’eccesso di energia catturata dal biossido di titanio si perde sotto forma di calore nelle connessioni in uscita dalla cellula e bisogna ancora inventare una nuova interfaccia tra i materiali per impedire che ciò accada.

Hey, Teacher, leave those kids alone! They’ve just inserted another brick in the wall.

Fonte: IEEEspectrum

Imagecredit: Wikimedia Commons

One thought on “Ritrovata l’energia perduta del fotovoltaico!

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