Celle solari più economiche grazie ai quantum dot?

Celle solari più economiche grazie ai quantum dot?

L'impiego di materiali quantum dot può consentire la realizzazione di celle solari più economiche ed efficienti, ma la ricerca dovrà ancora lavorare molto per raggiungere l'obiettivo

di Andrea Bai pubblicata il , alle 08:27 nel canale Scienza e tecnologia
 

Un gruppo di ricercatori dell'University of Toronto ha realizzato una cella solare a due strati costituita di materiale quantum dot, nanoparticelle capaci di assorbire differenti lunghezze d'onda della radiazione luminosa semplicemente variandone le dimensioni.

I quantum dot vengono considerati una possibile strada per la realizzazione di celle solari a basso costo, grazie alla possibilità di spruzzare le particelle sulle superfici come fossero una sorta di vernice. Tuttava le celle solari basate su questa tenologia sono risultate essere troppo inefficienti per un reale impiego pratico.

Le celle solari convenzionali sono capaci di convertire in energia elettrica solamente una porzione dello spettro della luce che le colpisce, la restante parte viene dissipata in forma di calore o viene sprecata. Allo scopo di incrementare l'efficienza delle celle solari è pratica comune quella di stratificare differenti materiali capaci di catturare porzioni differenti dello spettro della luce solare. Una cella realizzata in questa maniera, che prende il nome di "tandem-junction cell" è capace di raggiungere un'efficienza energetica del 42%, rispetto al 31% di una cella a singolo strato. Stiamo parlando ovviamente di percentuali teoriche, calcolate sulla base del massimo sviluppo tecnologico possibile per una soluzione simile.

Nella cella realizzata dai ricercatori dell'University of Toronto è stato impiegato uno strato di quantum dot regolato per poter catturare la porzione della luce visibile mentre l'altro strato è stato messo a punto in maniera tale da assorbire la radiazione infrarossa. Allo scopo di ridurre la resistenza elettrica che si verifica tra i due strati, i ricercatori hanno introdotto uno strato di passaggio costituito da quattro pellicole di ossidi metallici differenti, in grado di mantenere bassa la resistenza. Si tratta inoltre di ossidi trasparenti che consentono alla luce di passare attraverso lo strato di passaggio ed arrivare fino al fondo della cella.

Il risultato di questo lavoro ha portato alla realizzazione di una cella che è capace di catturare un'ampia gamma dello spettro della luce solare e ha un'efficienza di conversione del 4,2%. Secondo Ted Sargent, professore di ingegneria elettrica che ha coordinato i lavori del progetto di ricerca, si tratta di un approccio che consentirà di realizzare celle a tre o a quattro strati dalle migliori prestazioni. Il gruppo dei ricercatori ha ora l'obiettivo di portare l'efficienza di conversione della cella al di sopra del 10% nel giro dei prossimi cinque anni. I convenzionali pannelli solari sono capaci di un'efficienza del 15%, tuttavia le celle basate su quantum dot potrebbero trovare sbocchi commerciali anche con efficienze inferiori se dovessero dimostrare di essere molto meno costose da produrre.

John Asbury, profssore di chimica alla Penn State University, ha dichiarato che aprendo l'abilità di realizzare celle multistrato dai quantum dot, il gruppo dell'University of Toronto ha portato l'efficienza teorica di questa tecnologia dal 30% al 50%, sottolineando come per poter arrivare tangibilmente a questi livelli sarà necessario spingere in avanti ulteriormente le attività di ricerca, in particolare con l'obiettivo di eliminare o ridurre i cosiddetti "trapped states". Si tratta di zone all'interno del materiale quantum-dot dove gli elettroni possono restare confinati. Asbury spiega: "Il problema dei quantum dot è che gli elettroni hanno un'elevata probabilità di non giungere agli elettrodi dove vengono raccolti, limitando l'efficienza. Per un impatto significativo è necessario affrontare il problema e trovare una strategia che consenta di controllare questo fenomeno".

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