Prodotte celle solari che raddoppiano la produzione di energia

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Un salto nell’efficienza delle celle fotovoltaiche. Un nuovo studio ha dimostrato che accoppiando il convenzionale silicio a un sottilissimo strato di naftacene è possibile portare l’efficienza delle celle fotovoltaiche da un massimo teorico del 29 per cento fino al 35 per cento.

Le normali celle al silicio dei pannelli fotovoltaici potrebbero essere molto, molto più efficienti. Lo dimostra un nuovo studio pubblicato su “Nature” da Marcus Einzinger e colleghi del Massachusettes Institute fo Technology. Lo studio indica un modo per aggirare uno dei limiti fondamentali della produzione di energia elettrica a partire dalla luce solare.

Questa si basa essenzialmente sull’effetto fotoelettrico, prodotto quando un fotone, un quanto di luce, sbalza un elettrone di un atomo di silicio dal suo livello energetico. l’elettrone può poi essere raccolto insieme ad altri dello stesso tipo per produrre una corrente elettrica.

Alta efficienza e materiali organici per il fotovoltaico
Alta efficienza e materiali organici per il fotovoltaico

Il problema è che si deve mantenere un rapporto uno a uno: un fotone, indipendentemente dall’energia con cui arriva, produce un elettrone. O almeno, così si pensava fino ad alcuni decenni fa, cioè fino a quando alcuni membri dello stesso gruppo di Einzinger dimostrarono per la prima volta la possibilità di estrarre due elettroni per ogni fotone usando un materiale organico dotato di un’efficienza fotovoltaica relativamente bassa.

Per trasferire quei risultati al più efficiente silicio, ci sono voluti molti anni di ricerca. Per arrivare a questo importante risultato, gli autori hanno sfruttato la possibilità di dividere per due l’energia di un fotone in una classe di materiali che possiedono degli stati eccitati chiamati eccitoni. Si tratta in pratica di pacchetti di energia che si propagano come elettroni in un circuito, anche se possiedono proprietà decisamente differenti da quelle degli elettroni.

“È possibile, per esempio, frazionare la loro energia, dividendola per due, oppure, combinare due pacchetti”, ha spiegato Marc Baldo, coautore dell’articolo.

Alta efficienza e materiali organici per il fotovoltaico
Alta efficienza e materiali organici per il fotovoltaico

Questa proprietà può essere sfruttata per far sì che un fotone che incide su questi materiali produca un eccitone che rapidamente si separa in due pacchetti di energia tra loro indipendenti, ciascuno con metà dell’energia originaria.

Ma il silicio non ha eccitoni. Einzinger e colleghi hanno superato l’ostacolo accoppiandolo a un sottilissimo strato di naftacene, un idrocarburo, che ne ha modificato le caratteristiche superficiali quel tanto che basta per ottenere la formazione di eccitoni e la loro separazione in due. Ciò produce un raddoppio dell’energia prodotta per effetto fotovoltaico dalla luce incidente nelle lunghezze d’onda verde e blu.

Complessivamente, dal nuovo materiale accoppiato si ottiene un incremento dell’efficienza della cella fotovoltaica, dal limite massimo teorico del silicio del 29 per cento fino al 35 per cento.

il passo fondamentale per dimostrare come si possano accoppiare utilmente i due materiali è compiuto: ora i ricercatori si dedicheranno alla parte di sviluppo. La prima fase sarà cercare di stabilizzare i materiali per ottenere la massima durata.

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