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martedì 10 gennaio 2012

La scoperta di un "momento buio", potrebbe portare un futuro luminoso per l'energia solare

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

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