Quando si tratta di migliorare l'efficienza delle celle solari, un gruppo di professori dell'Università del Wyoming ha scoperto un modo per farlo aggiungendo atomi di manganese, un metallo alternativo, al mix. Così facendo, hanno trovato, aumenta drasticamente la conversione dell'energia delle celle solari di una media del 300% e, in alcuni casi, fino al 700 per cento.

Questo risultato della ricerca potrebbe essere utilizzato in futuro per aiutare gli agricoltori e gli allevatori del Wyoming ad accedere all'energia elettrica in aree remote importanti per lo stato per aiutare le colture e il bestiame, aumentare l'uso delle auto elettriche nelle grandi città, come Los Angeles, nel tentativo di ridurre lo smog lì.

Jinke Tang e Yuri Dahnovsky, entrambi professori UW del Dipartimento di Fisica e Astronomia; Te Yu Chien, un assistente professore di fisica e astronomia; e Wenyong Wang, professore associato di fisica e astronomia, ha collaborato alla stesura di un documento di ricerca, che è stato pubblicato in Lettere di fisica applicata l'autunno scorso. La carta, intitolato "Miglioramento gigante della fotocorrente mediante doping di metalli di transizione in celle solari sensibilizzate a punti quantici, " è stato recentemente messo in luce di nuovo, in Aprile, dall'Ufficio di Scienze Energetiche di Base del Dipartimento dell'Energia (DOE).

La ricerca è stata finanziata dal DOE, Ufficio di Scienze Energetiche di Base, come parte del programma stabilito per stimolare la ricerca competitiva (EPSCoR).

"Di solito mettono in evidenza le ricerche da loro finanziate, " Chien dice. "Scelgono i risultati chiave e li evidenziano".

L'Office of Basic Energy Sciences sostiene la ricerca fondamentale per comprendere, prevedere e, in definitiva, controllare la materia e l'energia a livello elettronico, livelli atomici e molecolari per fornire le basi per le nuove tecnologie energetiche e per supportare le missioni del DOE nel campo dell'energia, ambiente e sicurezza nazionale.

"Abbiamo aggiunto al punto quantico PbS il 4% di atomi di manganese. Le nostre aspettative erano un aumento del 4% dell'efficienza solare, " Dice Dahnovsky. "Abbiamo avuto un aumento del 700 per cento. È molto insolito".

Dahnovsky dice che è insolito perché gli elettroni "tunneling" tra atomi di manganese e zinco fanno molto più facilmente che tra gli atomi di piombo e zinco situati all'interfaccia tra un punto quantico e un semiconduttore.

La ricerca di celle solari ad alta efficienza ha portato alla ricerca di nuovi materiali, come il manganese, per sostituire il silicio tradizionale utilizzato per sensibilizzanti e fotoconduttori-ossido-elettrodi.

Questo potrebbe portare a una rivoluzione tecnica per alcune applicazioni industriali, Sia Dahnovsky che Chien dicono.

Gli usi pratici per l'aumento delle celle solari includono pannelli solari più efficienti a un costo inferiore per case e altre strutture; se abbinato a dispositivi portatili, come iPhone, iPad e computer, le celle solari potrebbero mantenerle alimentate molto più a lungo prima di dover essere ricaricate; e consentire alle auto elettriche di viaggiare più lontano prima di dover fermarsi in una stazione di ricarica, che potrebbe rendere l'acquisto di un'auto elettrica un'alternativa più praticabile, Chien dice.

Dahnovsky aggiunge che anche la scienza potrebbe aiutare il Wyoming, che è disteso, remoto e ha aree prive di elettricità. Per esempio, dice che una mandria di bestiame che si sposta da un luogo all'altro per pascolare può trovarsi lontano dall'elettricità.

"Un agricoltore potrebbe aver bisogno di una pompa dell'acqua in una zona remota per abbeverare il suo bestiame, " dice. "Se non c'è elettricità, può usare celle solari per alimentare la pompa dell'acqua."

Chien afferma che anche gli agricoltori potrebbero utilizzare sensori a energia solare in grado di misurare la luce, umidità, ossigeno e temperatura nel loro terreno coltivato.