I punti quantici e il fotovoltaico

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La fisica dei quanti può aumentare l’efficienza delle celle fotovoltaiche. Un team di ricercatori dell’Università di Toronto, della King Abdulla University of Science & Technologiy e dell’Università della Pennsylvania sta studiando proprio questo.

In uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Nature Materials i ricercatori descrivono come sono stati in grado di realizzare una cella solare che sfrutta i punti quantici colloidali (colloidal quantum dots – CQD): tale tecnologia verrà presto commercializzata.
Nel fotovoltaico quantistico, la conversione della radiazione luminosa in energia elettrica avviene grazie ai punti quantici in soluzione colloidale.

Un punto quantico è una nanostruttura formata da un’inclusione di un materiale semiconduttore con una banda proibita (intervallo di energia interdetto agli elettroni), all’interno di un altro semiconduttore con banda proibita più grande.

Un colloide è una sostanza caratterizzata da due materiali in fasi diverse e si trova in equilibrio tra una soluzione e una dispersione.

In questa tecnologia i ricercatori miscelano i semiconduttori ad una sostanza, generalmente organica, come se fossero delle particelle di aria immerse nella panna montata.

Utilizzare i punti quantici in soluzione colloidale è vantaggioso poiché offre la possibilità mi mescolare insieme quantum dot di diversa grandezza e questo consente alle celle fotovoltaiche di assorbire un numero maggiore di lunghezze d’onda e di generare una maggiore quantità di energia elettrica.

Le celle fotovoltaiche CQD sono meno efficienti, nella conversione della radiazione luminosa in energia elettrica, rispetto a quelle in silicio.

La riduzione dell’efficienza è causata da un ingombro spaziale dato dal rivestimento dei quantum dot che vengono utilizzati per creare la soluzione colloidale.

La copertura oraganica occupa circa 1-2 nm che a livello nanoscopico rappresenta comunque un problema.
Per incrementare l’efficienza energetica occorre aumentare la densità dei quantum dot nella soluzione in modo da diminuire la distanza tra i singoli quanti.

Per rendere ancora più efficiente il fotovoltaico quantistico, i ricercatori hanno pensato di sostituire i rivestimenti tradizionali con materiale inorganico caratterizzato da un unico strato di atomi (ioni di elementi alogeni).

La cella fotovoltaica così modificata e ottimizzata è stata sottoposta a dei test, raggiungendo un’efficienza di conversione energetica di circa il 6%, un’efficienza maggiore di qualsiasi altra cella solare basata sui CQD.

Tale tecnologia verrà traferita a livello industriale, grazie alla collaborazione tra le Università, che hanno portato avanti questa ricerca, e la Mars Innovation di Toronto.

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