L’obiettivo del secolo (almeno per quanto riguarda l’energia solare) è quello di sviluppare celle ad alta efficienza. Non mancano ovviamente i tentativi e i modelli, ma di recente il modello di celle solari sviluppato dall’Università di Paderborn potrebbero davvero fare la differenza in futuro.
Vediamo come funzionano, e qual è l’efficienza a livello di energia solare che promettono.
Energia solare, efficienza maggiore con le celle di Paderborn
Riporta Phys.com, i fisici dell’Università di Paderborn hanno sviluppato un nuovo progetto per celle solari significativamente più efficienti di quelle precedentemente disponibili. E questo grazie a un sottile strato di materiale organico, noto come tetracene.
Il loro lavoro, pubblicato su Physical Review Letters, si pone come obbiettivo riuscire ad avvicinarsi quanto più possibile all’assorbimento della radiazione solare totale, stimata in un trilione di kWh all’anno, 5mila volte la domanda energetica globale.
Le celle solari al silicio utilizzate dominano attualmente il mercato, ma hanno limiti di efficienza, come spiega il prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, fisico e preside della Facoltà di scienze naturali dell’Università di Paderborn. E questo perché parte dell’energia delle radiazioni non viene convertita in elettricità, ma in inutile calore.
Da qui lo sviluppo di una cella solare in silicio dotata di uno strato organico, ad esempio costituito dal semiconduttore tetracene. La luce viene così assorbita in questo strato e convertita in “eccitoni” ad alta energia, che decadono nel tetracene in due eccitazioni a bassa energia. Se trasferite con successo alla cella solare in silicio, possono essere convertite in modo efficiente in elettricità.
Come convertire l’eccitone del tetracene
Per trasferire l’eccitone del tetracene nel silicio il team di Schmidt ha utilizzato complesse simulazioni al computer presso il Paderborn Center for Parallel Computing (PC2), il centro di calcolo ad alte prestazioni dell’università.
E in questo studio congiunto con il Dr. Marvin Krenz e il Prof. Dr. Uwe Gerstmann, entrambi dell’Università di Paderborn, gli scienziati hanno dimostrato che alcuni legami chimici insaturi nell’interfaccia tra il tetracene la pellicola e la cella solare accelerano notevolmente il trasferimento degli eccitoni.
Dei “difetti” nelle celle, che si, sono perdite di energia che si verificano durante il desorbimento dell’idrogeno. Ma come fluttuazioni trasportano gli eccitoni dal tetracene al silicio “come un ascensore“, sottolinea il professore.
Nel caso dell’interfaccia silicio-tetracene, i difetti sono essenziali per il rapido trasferimento di energia. E forniscono anche indicazioni precise per la progettazione di un nuovo tipo di cella solare ad alta efficienza.
Se vuoi saperne di più su questo studio, ti suggeriamo la lettura completa del paper pubblicato su Physical Review Letters:
- Marvin Krenz et al, Defect-Assisted Exciton Transfer across the Tetracene-Si(111):H Interface, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.076201 journals.aps.org/prl/abstract/ … ysRevLett.132.076201
