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Traduzione a cura di Plesoianu Vlad, revisione di Gobbi Denis

130118064735-large-470x226Nell’ultimo numero di “Science” i ricercatori della Lund University in Svezia hanno mostrato come, con l’aiuto dei nanofili, potremmo avere celle solari più efficienti e molto meno costose. Borgström Magnus, il principale autore è un ricercatore in fisica dei semiconduttori. Egli afferma che i loro risultati sono i primi a dimostrare come sia davvero possibile utilizzare nanofili per la fabbricazione di celle solari. La ricerca di celle solari costituite da nanofili è in aumento a livello globale. Fino ad  ora si puntava a raggiungere il 10% di efficienza, considerata una cifra da sogno. Ora però il Dr. Borgström e il suo team sono capaci di segnalare un rendimento del 13,8 %. Tutto questo perché i nanofili sono costruiti con un materiale semiconduttore chiamato fosfuro di indio il quale fa si che questi lavorino come antenne assorbendo la luce solare e trasformandola in energia. I nano-fili sono montati su superfici di un millimetro quadrato, ciò fa si che ogni casa abbia fino a 4 milioni di nanofili. Una cella solare costituita da nanofili e in grado di produrre svariate volte più energia rispetto ad una cella solare di silicio moderna.

Le celle solari costituite da nanofili non hanno ancora oltrepassato il confine del laboratorio, ma il piano è che la tecnologia potrebbe essere utilizzata in grandi centrali elettriche solari in regioni soleggiate come il sud-ovest degli Stati Uniti d’America, in Spagna meridionale e in Africa.

I ricercatori della Lund University sono riusciti ad individuare il diametro ideale dei nanofili e un metodo per sintetizzarli. Magnus Borgström spiega che per i nanofili la misura giusta è essenziale per poter assorbire più fotoni possibili, se sono solo 10 decimi di nanometro più piccoli la loro funzione risulta significativamente compromessa.

sunpower_mainLe celle solari al silicio utilizzate per fornire elettricità ad uso domestico sono relativamente economiche però inefficienti dato che sono solo in grado di utilizzare una parte limitata della luce solare, la ragione di questo è che un singolo materiale può assorbire solo parte dello spettro della luce.

Una ricerca effettuata contemporaneamente a quella sui nanofili mirava a combinare diversi tipi di materiali semiconduttori al fine di ottenere un uso efficiente e più ampio dello spettro solare. Lo svantaggio di questo e che diventavano estremamente costosi a tal punto da poter essere utilizzati solamente in contesti molto ristretti quali satelliti e aerei militari.

Tuttavia, questo non è il caso dei nanofili. Grazie alle loro piccole dimensioni lo stesso tipo di combinazioni di materiali possono essere create con molto meno sforzo, offrendo molta più efficienza. In questo articolo di “Science”, i ricercatori hanno dimostrato che i nanofili possono generare energia allo stesso livello dei materiali senza nanofili con solo il 10% dello spazio occupato.

La ricerca è stata svolta nell’ambito di un progetto finanziato dall’UE, Amon-Ra, coordinato da Knut Deppert, professore di fisica dell’Università di Lund che dichiara:

“In qualità di coordinatore del progetto, sono molto orgoglioso di un tale grande risultato. Ha ampiamente superato le nostre aspettative Noi, naturalmente, continueremo la ricerca sulle celle solari con nanofili sperando di raggiungere un livello ancora più elevato di efficienza rispetto al 13.8 per cento ottenuto al momento”

Fonte: Science Daily

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Traduzione a cura di Daniel Iversen

L’efficienza delle celle solari convenzionali potrebbe incrementare in maniera significativa, questo secondo la ricerca su un nuovo meccanismo di conversione dell’energia solare, capitanata da Xiaoyang Zhu all’Università del Texas, ad Austin.

Zhu ed il suo team hanno scoperto che è possibile raddoppiare il numero degli elettroni raccolti da un fotone di luce usando un materiale semi-conduttore in plastica.

“La produzione di celle solari fatte con semi-conduttori in plastica ha ottimi vantaggi, uno di questi è il basso costo” dice Zhu, professore di chimica. “In combinazione con l’alta capacità di progetazzione molecolare e di sintesi, la nostra scoperta apre la porta a un eccitante nuovo approccio per la conversione dell’energia solare, in grado di avere efficienze molto piu elevate.

Zhu ed il suo team hanno pubblicato la loro dirompente scoperat il 16 dicembre 2011, su “Science”.

L’efficienza massima teorizzata per le celle solari in silicio, usate oggi, è approssimativamente del 31 %, visto che molta dell’energia solare che colpisce la cella è troppo grande per essere trasformata in energia elettrica utilizzabile.

Questa energia, in forma di elettroni eccitati, viene persa tramite calore. Catturare questi elettroni eccitati potrebbe potenzialmente incrementare l’efficienza della conversione da solare ad elettricità fino al 66 %.

Zhu e il suo team hanno precedentemente dimostrato che questi elettroni eccitati possono essere catturati usando semi-conduttori nanocristallini.
Hanno pubblicato la loro ricerca su Science nel 2010 ma Zhu afferma che l’effettiva implementazione di una  tecnologia praticabile, basata su questa ricerca, è molto impegnativa.

“Per prima cosa” ha detto Zhu “quel 66 % di efficienza può essere raggiunta solo quando viene usata luce altamente concentrata, e non la luce pura che colpisce normalmente un pannello solare. Questo crea un problema quando si considera la progettazione di un nuovo materiale o un nuovo dispositivo”.

Per circuire questo problema però, Zhu ed il suo team hanno trovato un’alternativa. Hanno scoperto che un fotone produce uno “stato ombra” quantistico dal quale due elettroni possono poi venire catturati efficientemente per generare più energia in un semiconduttore di pentacene.

Zhu spiega che sfruttando tale meccanismo si potrebbe incrementatare l’efficienza di una cella solare al 44 % senza la necessità di dover concentrare il raggio solare; questo dovrebbe incoraggiare un uso più diffuso della tecnologia solare.

Il team di ricerca è stato guidato da Wai-lun Chan, collega post dottorato nel gruppo di Zhu, e con l’aiuto di Manuel Liggens, Askat Jailaubekov, Loren Kaake e Luis Miaja-Avila. La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation e dal Dipartimento di Energia.

La scienza che sta dietro a questa scoperta:

– L’assorbimento di un fotone in un semiconduttore di pentacene crea
una coppia di buchi elettronici chiamati eccitoni.

– L’eccitone è accoppiato in maniera quantistica meccanica con uno
“stato ombra” scuro, chiamato multi-eccitone.

– Questo stato ombra scuro può essere la fonte più efficiente per due
elettroni attraverso il trasferimento ad un materiale accettatore di
elettroni come il fullerene, usato nell’esperimento

– Sfruttando lo stato ombra per produrre il doppio di elettroni
potrebbe incementare l’efficienza delle celle solari fino al 44 per cento

Fonte: sciencedaily.com

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