Scienziati del MIT hanno sensibilizzato le celle solari al silicio esistenti con il metodo della fissione degli eccitoni singoletti. Ciò può aumentare l'efficienza delle celle solari dal 18% fino al 35%, raddoppiando così la produzione di energia, riducendo così i costi della tecnologia solare.
Sta diventando imperativo ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili e costruire tecnologie per un futuro sostenibile. Energia solare è una fonte rinnovabile di energia dove la luce solare viene convertita in energia elettrica. Celle solari sono più comunemente realizzati in silicio che utilizza il processo fotovoltaico per trasformare la luce solare in elettricità. Sono in fase di progettazione anche celle tandem che generalmente includono celle di perovskite in cui ogni sezione delle celle solari può sfruttare l'energia del Sole dal suo spettro vario e quindi avere una maggiore efficienza. Le celle solari oggi disponibili sono limitate dalla loro efficienza che è solo del 15-22%.
Uno studio pubblicato il 3 luglio in Natura ha dimostrato come il silicio solare l'efficienza delle cellule potrebbe essere aumentata fino al 35 percento applicando un effetto chiamato fissione degli eccitoni singoletti. In questo effetto una singola particella di luce (fotone) può generare due coppie elettrone-lacuna invece di una sola. La fissione del singolo eccitone è stata osservata in molti materiali sin dalla sua scoperta negli anni '1970. L'attuale studio mirava a tradurre questo effetto per la prima volta in una cella solare praticabile.
I ricercatori hanno trasferito l'effetto di fissione del singolo eccitone dal tetracene, un materiale noto che lo esibisce, al silicio cristallino. Questo materiale tetracene è un semiconduttore organico idrocarburico. Il trasferimento è stato ottenuto posizionando un ulteriore strato sottile di ossinitruro di afnio (8 angstrom) tra lo strato di tetracene eccitonico e la cella solare di silicio e accoppiandoli.
Questo minuscolo strato di ossinitruro di afnio fungeva da ponte e rendeva possibile la generazione di fotoni ad alta energia nello strato di tetracene che poi innescavano il rilascio di due elettroni nella cella di silicio rispetto al normale. Questa sensibilizzazione della cella solare al silicio ha ridotto le perdite di termizzazione e ha consentito una migliore sensibilità alla luce. La produzione di energia delle celle solari è raddoppiata poiché più output è stato generato dalle parti verdi e blu dello spettro. Ciò può aumentare l'efficienza delle celle solari fino al 35 percento. La tecnologia differisce dalle celle solari tandem in quanto aggiunge semplicemente più corrente al silicio senza aggiungere celle aggiuntive.
L'attuale studio ha dimostrato celle solari improvvisate al silicio a fissione che possono mostrare una maggiore efficienza e quindi ridurre il costo complessivo di generazione di energia della tecnologia solare.
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Fonte (s)
Einzinger, M. et al. 2019. Sensibilizzazione del silicio mediante fissione dell'eccitone singoletto in tetracene. Natura. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
