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Celle solari Nanopillar
I ricercatori dell'Università della California, Berkeley, hanno realizzato un nuovo tipo di cella solare coltivando una serie di pilastri verticali su nanoscala su un foglio di alluminio. Realizzano celle solari pieghevoli incapsulando l'intera cella all'interno di un polimero trasparente e gommoso. Il progetto, suggeriscono i ricercatori, potrebbe portare a celle solari che costano meno dei tradizionali pannelli fotovoltaici al silicio.
Solare economico : Una nuova cella solare è composta da una serie di nanopilastri eretti di solfuro di cadmio (in basso) incorporati all'interno di una matrice di tellururo di cadmio. L'intera cella, fabbricata su un sottile foglio di alluminio, diventa pieghevole quando racchiusa in un polimero.
I nanopilastri consentono ai ricercatori di utilizzare materiali più economici e di qualità inferiore rispetto a quelli utilizzati nelle tecnologie convenzionali del silicio e del film sottile. Inoltre, la tecnica utilizzata per realizzare le celle potrebbe essere adattata per realizzare rotoli di pannelli flessibili su un sottile foglio di alluminio, riducendo i costi di produzione, afferma Ali Javey , un professore di ingegneria elettrica e informatica che ha guidato il lavoro. Il lavoro è in una fase iniziale e non conoscerai il costo finché non lo farai utilizzando un processo roll-to-roll, dice. Ma se riesci a farlo, il costo potrebbe essere 10 volte inferiore a quello utilizzato per realizzare pannelli in silicio [cristallino].
Le celle solari sono costituite da pilastri uniformi di solfuro di cadmio alti 500 nanometri incorporati in una sottile pellicola di tellururo di cadmio. Entrambi i materiali sono semiconduttori utilizzati nelle celle solari a film sottile. In un online Materiali della natura carta, Javey ei suoi colleghi hanno dimostrato che le celle hanno un'efficienza di circa il 6% nel trasformare la luce solare in elettricità. Altri hanno realizzato celle con design a pilastri, dice, ma hanno usato metodi costosi per far crescere i pilastri e non sono riusciti a ottenere efficienze superiori al 2%.
Nelle celle convenzionali, il silicio assorbe la luce e crea elettroni liberi, che devono raggiungere il circuito elettrico prima di rimanere intrappolati in difetti o impurità nel materiale. Ciò richiede silicio cristallino estremamente puro e costoso per ottenere i dispositivi fotovoltaici più efficienti.
Il design del nanopilastro suddivide i compiti del silicio: il materiale che circonda i pilastri assorbe la luce e i pilastri li trasportano al circuito elettrico. Ciò aumenta l'efficienza in due modi. I pilastri ravvicinati intrappolano la luce tra di loro, aiutando il materiale circostante ad assorbirne di più. Gli elettroni hanno anche una distanza molto breve per viaggiare attraverso i pilastri, quindi ci sono meno possibilità che rimangano intrappolati nei difetti. Ciò significa che puoi utilizzare materiali di bassa qualità e meno costosi, afferma Javey.
Altri stanno realizzando celle solari con diverse nanostrutture. Il professore di chimica dell'Università di Harvard Charles Lieber ha realizzato nanofili costituiti da un nucleo di silicio e diversi strati di silicio concentrici. Peidong Yang , un professore di chimica all'Università di Berkeley, ha realizzato celle solari sensibilizzate a colorante con nanofili di ossido di zinco. Queste celle solari a nanofili hanno raggiunto un'efficienza del 4%.
Javey e i suoi colleghi realizzano la cella nanopillar prima anodizzando un foglio di alluminio. Questo crea una disposizione periodica di pori larghi 200 nanometri, che fungono da modelli per la crescita eretta dei cristalli di solfuro di cadmio. Poi arriva un rivestimento di tellururo di cadmio e l'elettrodo superiore, una pellicola di rame e oro. Attaccano la cella a una lastra di vetro o la rendono flessibile versandoci sopra una soluzione polimerica e fissandola.
Si tratta di un progresso entusiasmante nell'integrazione di nanomateriali ingegnerizzati con una varietà di substrati morbidi per la fabbricazione di celle solari flessibili e pieghevoli ad alta efficienza, afferma Zhong Lin Wang , professore di scienze dei materiali e ingegneria presso la Georgia Tech. Ma la cella dovrà competere con le celle solari flessibili a film sottile fatte di silicio, tellururo di cadmio e altri materiali, afferma Arthur Nozik , un chimico fisico che studia le nanocelle solari presso il National Renewable Energy Laboratory, a Golden, CO. In contrasto con la flessibilità della nuova cella, dice, penso che il punto di forza potrebbe essere il basso costo.
Per ora, i ricercatori stanno esplorando materiali che potrebbero migliorare l'efficienza delle cellule. Lo strato superiore rame-oro, ad esempio, è trasparente solo al 50 percento. Se tutta la luce che cade su di essa passasse, l'efficienza della cella potrebbe già essere doppia, dice Javey. I ricercatori hanno in programma di realizzare celle con materiali conduttori trasparenti come l'ossido di indio. C'è un notevole margine di miglioramento, almeno di due volte, semplicemente migliorando o sostituendo il nostro materiale di contatto principale, dice.
I ricercatori intendono anche provare altri materiali semiconduttori per i pilastri e il materiale circostante. Javey afferma che il processo di fabbricazione è compatibile con un'ampia gamma di semiconduttori e che altre combinazioni potrebbero aumentare l'efficienza.
Anche provare altri materiali semiconduttori potrebbe essere importante, dati i problemi di tossicità del cadmio, sottolinea Yang di Berkeley. Tuttavia, dice, l'architettura è la cosa più importante: i materiali su cui possiamo continuare a lavorare. La bellezza di questo articolo è la dimostrazione di come funzioni bene l'architettura.