Gli scienziati del MIT hanno sensibilizzato le celle solari al silicio esistenti mediante il metodo di fissione degli eccitoni singoletto. Questo può aumentare l'efficienza delle celle solari dal 18% fino al 35%, raddoppiando così la produzione di energia e riducendo i costi della tecnologia solare.
Sta diventando imperativo ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili e sviluppare tecnologie per un futuro sostenibile. L'energia solare è una fonte di energia rinnovabile in cui la luce del sole viene convertita in energia elettrica. Le celle solari sono generalmente realizzate 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 a perovskite, in cui ogni sezione della cella solare può catturare l'energia solare dal suo spettro variegato e quindi avere un'efficienza maggiore. Le celle solari attualmente disponibili sono limitate dalla loro efficienza, che si attesta solo tra il 15 e il 22%.
Uno studio pubblicato il 3 luglio su Nature ha dimostrato come l'efficienza delle celle solari al silicio potrebbe essere aumentata fino al 35% applicando un effetto chiamato fissione dell'eccitone singoletto. In questo effetto, una singola particella di luce (fotone) può generare due coppie elettrone-lacuna anziché una sola. La fissione dell'eccitone singoletto è stata osservata in molti materiali sin dalla sua scoperta negli anni '1970. Lo studio in questione si proponeva di tradurre per la prima volta questo effetto in una cella solare funzionale.
I ricercatori hanno trasferito l'effetto di fissione di un singolo eccitone dal tetracene, un materiale noto per questa caratteristica, al silicio cristallino. Il tetracene è un semiconduttore organico idrocarburico . Il trasferimento è stato ottenuto inserendo un sottile strato aggiuntivo di ossinitruro di afnio (8 angstrom) tra lo strato di tetracene eccitonico e la cella solare al silicio , e accoppiandoli.
Questo sottile strato di ossinitruro di afnio ha agito da ponte, rendendo possibile la generazione di fotoni ad alta energia nello strato di tetracene, che a sua volta ha innescato il rilascio di due elettroni nella cella di silicio anziché uno solo, come di consueto. Questa sensibilizzazione della cella solare al silicio ha ridotto le perdite per termalizzazione e ha permesso una maggiore sensibilità alla luce. La produzione di energia delle celle solari è raddoppiata, poiché una maggiore quantità di energia è stata generata dalle componenti verde e blu dello spettro. Ciò può aumentare l'efficienza delle celle solari fino al 35%. Questa tecnologia si differenzia dalle celle solari tandem in quanto si limita ad aggiungere più corrente al silicio senza aggiungere celle supplementari.
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 di eccitoni singoletto nel tetracene. Nature. 571. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1339-4
