Un team di ricercatori della Florida State University sta sperimentando modi innovativi per le celle solari di assorbire e utilizzare la luce infrarossa, una porzione dello spettro solare che in genere non è disponibile per la tecnologia delle celle solari.

Il loro lavoro è pubblicato in due nuovi studi pubblicati sulla rivista Questione e il Journal of Physical Chemistry Letters .

"Stiamo lavorando a un processo per ottimizzare l'efficienza delle celle solari, " ha detto l'assistente professore di chimica e biochimica Lea Nienhaus. "L'obiettivo principale è ottimizzare questo processo per le applicazioni solari".

Nienhaus e la ricercatrice post-dottorato Sarah Wieghold hanno creato un nuovo approccio per le celle solari per facilitare un processo chiamato conversione di fotoni. Nella conversione dei fotoni, due fotoni a bassa energia vengono convertiti in un fotone ad alta energia che emette luce visibile.

Tipicamente, questi dispositivi hanno utilizzato molecole metallo-organiche o nanocristalli semiconduttori per sensibilizzare l'upconversion dei fotoni, ma Nienhaus e Wieghold usarono un film sottile di perovskiti di alogenuro di piombo, un promettente materiale per celle solari. La perovskite è accoppiata con un idrocarburo chiamato rubrene, che emette la luce convertita.

L'idea alla base di questo processo è creare celle solari più efficienti in grado di rilevare e utilizzare la luce infrarossa. Le lunghezze d'onda nello spettro infrarosso non hanno energia sufficiente per eccitare gli elettroni in una tipica cella solare e quindi non sono una valida fonte di energia.

"Ciò significa che c'è una grande quantità di spettro solare che non può essere assorbita da una cella solare, " ha detto Nienhaus. "Vogliamo trasformare la luce infrarossa in una lunghezza d'onda che potrebbe essere vista e utilizzata da una cella solare".

Per migliorare l'efficienza del dispositivo, i ricercatori avevano bisogno di creare un film di perovskite dello spessore giusto. Hanno testato film che erano 20, 30, 100 e 380 nanometri di spessore. Quando lo spessore era superiore a 30 nanometri, il processo di conversione è diventato efficiente in condizioni solari.

"Per ottimizzare le prestazioni del dispositivo, abbiamo cambiato lo spessore del nostro assorbitore:il film di perovskite di alogenuro di piombo, " lei disse.

Mentre Nienhaus e Wieghold stavano eseguendo i test, hanno anche scoperto che i dispositivi si comportavano in modo insolito.

Sebbene il dispositivo stesse trasformando la luce a infrarossi in luce visibile, la perovskite stava anche riassorbendo parte della luce visibile creata nel processo di conversione.

"C'è un compromesso nell'usare il film di perovskite, " Ha detto Wieghold. "Più luce visibile creata in rubrene non significa più luce che esce dal dispositivo, il che è controintuitivo".

Di conseguenza, è necessaria un'ingegneria del dispositivo più dettagliata per ottimizzare il rapporto tra la luce infrarossa in, rispetto alla luce visibile emessa dal dispositivo, ricercatori hanno detto.