211service.com
Nano celle solari economiche
I ricercatori dell'Università di Notre Dame, in Indiana, hanno dimostrato un modo per migliorare significativamente l'efficienza delle celle solari realizzate utilizzando materiali a basso costo e facilmente disponibili, inclusa una sostanza chimica comunemente usata nelle vernici.
Via di fuga: Gli elettroni creati in una cella solare basata su nanoparticelle devono seguire un percorso tortuoso (linea rossa) per raggiungere un elettrodo. Molti non ce la fanno, abbassando l'efficienza di queste cellule. I ricercatori di Notre Dame hanno utilizzato nanotubi di carbonio per aiutare gli elettroni a raggiungere l'elettrodo, migliorando l'efficienza.
I ricercatori hanno aggiunto nanotubi di carbonio a parete singola a un film fatto di nanoparticelle di biossido di titanio, raddoppiando l'efficienza della conversione della luce ultravioletta in elettroni rispetto alle prestazioni delle sole nanoparticelle. Le celle solari potrebbero essere utilizzate per produrre idrogeno per celle a combustibile direttamente dall'acqua o per produrre elettricità. L'ossido di titanio è un ingrediente principale nella vernice bianca.
L'approccio, sviluppato dal professore di chimica e biochimica di Notre Dame Prashant Kamat e i suoi colleghi, affronta uno dei limiti più significativi delle celle solari basate su nanoparticelle. (Vedi Silicio e Sole.) Tali celle sono attraenti perché le nanoparticelle hanno un grande potenziale per assorbire la luce e generare elettroni. Ma finora, l'efficienza dei dispositivi reali realizzati con tali nanoparticelle è stata considerevolmente inferiore a quella delle celle solari al silicio convenzionali. Ciò è in gran parte dovuto al fatto che si è dimostrato difficile sfruttare gli elettroni generati per creare una corrente.
Infatti, senza i nanotubi di carbonio, gli elettroni generati quando la luce viene assorbita dalle particelle di ossido di titanio devono saltare da una particella all'altra per raggiungere un elettrodo. Molti non riescono mai a generare una corrente elettrica. I nanotubi di carbonio raccolgono gli elettroni e forniscono un percorso più diretto all'elettrodo, migliorando l'efficienza delle celle solari.
Come hanno scritto online sul giornale Nano lettere , i ricercatori di Notre Dame formano un tappeto di nanotubi di carbonio su un elettrodo. I nanotubi fungono da impalcatura su cui si depositano le particelle di ossido di titanio. Questo è un approccio molto semplice per mettere ordine in una struttura disordinata, dice Kamat.
Il nuovo sistema di nanotubi di carbonio e nanoparticelle non è ancora una cella solare pratica. Questo perché l'ossido di titanio assorbe solo la luce ultravioletta; la maggior parte dello spettro visibile della luce viene riflessa anziché assorbita. Ma i ricercatori hanno già dimostrato modi per modificare le nanoparticelle per assorbire lo spettro visibile. In una strategia, alle nanoparticelle di biossido di titanio viene applicato uno strato di una molecola di colorante che assorbe la luce. Un altro approccio, che è stato dimostrato sperimentalmente da Kamat, è quello di rivestire le nanoparticelle con punti quantici, piccoli cristalli semiconduttori. A differenza dei materiali convenzionali in cui un fotone genera un solo elettrone, i punti quantici hanno il potenziale per convertire i fotoni ad alta energia in più elettroni.
Diversi altri gruppi stanno esplorando approcci per migliorare la raccolta di elettroni all'interno di una cellula, compresa la formazione di nanotubi di ossido di titanio o strutture ramificate complesse fatte di vari semiconduttori. Ma gli esperti dicono che il lavoro di Kamat potrebbe essere un passo significativo nella creazione di celle solari più economiche ed efficienti. Questo è un lavoro molto importante, afferma Gerald Meyer, professore di chimica alla Johns Hopkins University. L'uso di nanotubi di carbonio come condotto per gli elettroni dall'ossido di titanio è un'idea nuova, e questo è un bellissimo esperimento di prova del principio.