211service.com
Gli elettroni caldi potrebbero raddoppiare l'energia solare
Per decenni i ricercatori hanno studiato un mezzo teorico per raddoppiare la potenza delle celle solari, utilizzando i cosiddetti elettroni caldi. Ora i ricercatori del Boston College hanno fornito nuove prove sperimentali che la teoria funzionerà. Hanno costruito celle solari che ottengono un aumento di potenza dai fotoni ad alta energia. Questa spinta, dicono i ricercatori, è il risultato dell'estrazione di elettroni caldi.
Solare caldo: questa cella solare è costituita da sottili strati di silicio amorfo con puntini in alluminio che fungono da contatti elettrici posteriori. Fornisce la prova che potrebbe essere possibile raddoppiare la produzione di celle solari.
I risultati sono un passo avanti verso le celle solari che infrangono i limiti di efficienza convenzionali. A causa del modo in cui funzionano, le celle solari ordinarie possono, in teoria, convertire al massimo circa il 35 percento dell'energia della luce solare in elettricità, sprecando il resto sotto forma di calore. L'uso di elettroni caldi potrebbe portare a efficienze fino al 67 percento, afferma Matteo Barba , uno scienziato senior presso il National Renewable Energy Laboratory di Golden, CO, che non è stato coinvolto nel lavoro attuale. Raddoppiare l'efficienza delle celle solari potrebbe dimezzare il costo dell'energia solare.
Le celle solari convenzionali possono convertire in modo efficiente solo l'energia di determinate lunghezze d'onda della luce in elettricità. Ad esempio, quando una cella solare ottimizzata per le lunghezze d'onda della luce rossa assorbe i fotoni della luce rossa, produce elettroni con livelli di energia simili a quelli dei fotoni in arrivo. Quando la cellula assorbe un fotone blu ad energia più elevata, produce prima un elettrone ad alta energia simile, un elettrone caldo. Ma questo perde gran parte della sua energia molto rapidamente sotto forma di calore prima che possa sfuggire alla cella per produrre elettricità. (Al contrario, le celle ottimizzate per la luce blu non convertono la luce rossa in elettricità, quindi sacrificano l'energia in questa parte dello spettro.)
I ricercatori del Boston College hanno realizzato celle solari ultrasottili con uno spessore di soli 15 nanometri. Poiché le celle erano così sottili, gli elettroni caldi potevano essere estratti rapidamente dalla cella, prima che si raffreddassero. I ricercatori hanno scoperto che l'uscita di tensione delle celle aumentava quando le illuminavano con luce blu anziché rossa. Ora stiamo ottenendo gli elettroni dalla luce blu prima che perdano tutta la loro energia in eccesso, dice Michael Naughton , professore di fisica al Boston College.
Il problema è che poiché sono così sottili, le celle solari lasciano passare la maggior parte della luce in entrata attraverso di loro. Di conseguenza, convertono solo il 3% dell'energia della luce in ingresso in elettricità. Penso che sia promettente, dice Beard. Ma aggiunge che finora stanno mostrando solo un effetto piuttosto piccolo.
Naughton afferma che il suo team intende affrontare questo problema utilizzando i nanofili. L'idea di base, avanzata ora da molti ricercatori diversi, è quella di creare foreste di nanofili che assorbano la luce lungo la loro lunghezza. E poiché ogni nanofilo è sottile, gli elettroni non dovranno viaggiare molto per sfuggire a uno strato conduttivo sulla sua superficie. Ciò potrebbe consentire di replicare l'effetto dell'elettrone caldo osservato nelle sottili celle solari. Naughton e colleghi stanno commercializzando tali nanofili tramite una startup chiamata Solasta , con sede a Newton, MA, finanziata dalla rispettata società di venture capital Kleiner Perkins Caufield & Byers .
I ricercatori sperano anche di aumentare il numero di elettroni caldi che raccolgono dalla luce assorbita. Per fare questo, si stanno rivolgendo a un approccio adottato da Martin Green , professore all'Università del New South Wales in Australia e leader nell'utilizzo di elettroni caldi nelle celle solari. Questo metodo prevede l'incorporazione di uno strato di punti quantici, che agiscono come una sorta di filtro, estraendo selettivamente elettroni a voltaggio superiore al normale, afferma Beard. Naughton afferma che Solasta ha già dimostrato che è possibile incorporare tali punti quantici nei nanofili dell'azienda.