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Il solare spray va a due piani
Un team di ricerca dell'Università di Toronto ha creato la prima cella solare a due strati composta da nanoparticelle che assorbono la luce chiamate punti quantici. I punti quantici, che possono essere sintonizzati per assorbire diverse parti dello spettro solare variando le loro dimensioni, sono stati visti come una strada promettente per celle solari a basso costo perché le particelle possono essere spruzzate su superfici in modo molto simile alla vernice. Ma le celle basate su questa tecnologia sono state troppo inefficienti per essere pratiche. Scoprendo un modo per combinare due diversi tipi di punti quantici in una cella solare, i ricercatori potrebbero aprire la strada a rendere tali celle molto più efficienti.
Punti solari: Ciascuno di questi 16 punti è una cella solare composta da particelle nanoscopiche chiamate punti quantici.
Le celle solari convenzionali sono sintonizzate per convertire la luce di una sola lunghezza d'onda in elettricità; il resto dello spettro solare passa o viene convertito in modo inefficiente. Per sfruttare una percentuale maggiore dell'energia alla luce del sole, i produttori a volte impilano materiali progettati per catturare diverse parti dello spettro. Una cella a due strati, chiamata cella a giunzione in tandem, può teoricamente raggiungere un'efficienza del 42%, rispetto a un'efficienza teorica massima del 31% per celle con un solo strato.
Nella cella dei ricercatori di Toronto, uno strato di punti quantici è sintonizzato per catturare la luce visibile e l'altro per catturare la luce infrarossa. I ricercatori hanno anche trovato un modo per ridurre la resistenza elettrica tra gli strati, un problema che può limitare la potenza di una cella a due strati. Hanno introdotto uno strato di transizione, composto da quattro film di diversi ossidi metallici, che mantiene la resistenza buona e bassa, afferma Ted Sargent, un professore di ingegneria elettrica e informatica che ha guidato la ricerca presso l'Università di Toronto. I ricercatori hanno scelto ossidi trasparenti per questo strato, consentendo alla luce di attraversarli fino alla cella inferiore.
Il risultato, descritto questa settimana nel diario Fotonica della natura, è una cella a giunzione tandem che cattura un'ampia gamma dello spettro e ha un'efficienza del 4,2%. Sargent afferma che l'approccio può essere utilizzato per realizzare strati tripli e persino quadrupli, che potrebbero essere ancora migliori. L'obiettivo del team è superare il 10% di efficienza entro cinque anni e continuare a migliorare da lì. I pannelli solari convenzionali hanno un'efficienza di circa il 15%, ma le celle a punti quantici con un'efficienza leggermente inferiore potrebbero comunque avere un vantaggio in termini di costi complessivi per l'energia solare se si dimostrassero notevolmente meno costose da produrre.
John Asbury, professore di chimica alla Penn State University, afferma che aprendo la possibilità di creare celle multistrato da punti quantici, il team di U of T ha aumentato l'efficienza teorica della tecnologia dal 30% a quasi il 50%. Ma avvicinarsi a questo tipo di efficienza richiederà molto lavoro per eliminare gli stati intrappolati, luoghi all'interno del materiale dei punti quantici in cui gli elettroni possono rimanere bloccati. Il problema con i punti quantici è che gli elettroni hanno un'alta probabilità di non arrivare agli elettrodi dove possono essere raccolti, quindi questo ha limitato la loro efficienza, dice. Avere davvero un impatto significa sviluppare strategie per controllare quegli stati intrappolati.