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La superefficienza del fotovoltaico arriva dai quantum dots

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L’obiettivo della ricerca nel settore del fotovoltaico è quello trovare applicazioni tendenti alla riduzione del costo dell’energia solare e favorire quindi una maggiore diffusione ed integrazione della tecnologia nell’edilizia convenzionale. I chimici dell’Università del Texas sono riusciti ad aumentare l’efficienza delle celle solari dal limite attuale del 30% ad oltre il 60%.

Perche si perde così tata energia? Un fotone con all’incirca la stessa energia della banda proibita del semiconduttore di cui la cella solare è composta, colpisce un elettrone  nella  banda di conduzione, generando una corrente. Tuttavia, alcuni fotoni ad alta energia della luce solare superano questa soglia, e l’elettrone ‘hot’ espulso in questo caso, perde rapidamente la sua energia in eccesso, “raffreddandosi” fino ad un livello energetico inferiore,  al limite della banda di conduzione entro un picosecondo (10−12 s). La soluzione sta nei quantum dots, ossia nano cristalli costruiti da materiale semiconduttore.

L’obiettivo per i chimici texani è stato quello di studiare un design in grado di catturare questi elettroni caldi, rallentandone la velocità di raffreddamento. I nanocristalli in seleniuro di piombo in soluzione colloidale rispondono perfettamente a questo compito e il team universitario ha scoperto di poter estrarre gli elettroni trasferendoli dai quantum dots fotoeccitati ad un conduttore in biossido di titanio. In altre parole ciò permette di catturare e trasferire rapidamente gli hot electrones prima che perdano tutta la loro energia.

Come ha tenuto a ricordare anche Zhu nonostante si tratti ancora solo di una tappa scientifica è la viva dimostrazione della possibilità di ottenere ciò che nella teoria è chiamato “hot carrier solar cell”, (celle a elettroni caldi) vale a dire un fotovoltaico di terza generazione ad elevatissime prestazioni.

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