I fisici dell'Università di Paderborn hanno utilizzato complesse simulazioni al computer per sviluppare un nuovo progetto per celle solari significativamente più efficienti di quelle precedentemente disponibili. Responsabile dell’aumento dell’efficienza è un sottile strato di materiale organico, noto come tetracene. I risultati sono stati ora pubblicati in Physical Review Letters.
"L'energia annua della radiazione solare sulla Terra ammonta a oltre un trilione di kilowattora e quindi supera di oltre 5.000 volte la domanda globale di energia. Il fotovoltaico, cioè la generazione di elettricità dalla luce solare, offre quindi un grande potenziale, ancora in gran parte inutilizzato, per la fornitura di energia pulita e rinnovabile. Le celle solari al silicio utilizzate a questo scopo dominano attualmente il mercato, ma hanno limiti di efficienza", spiega il prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, fisico e preside della Facoltà di scienze naturali dell'Università di Paderborn. Uno dei motivi è che parte dell'energia derivante dalle radiazioni a onde corte non viene convertita in elettricità, ma in calore indesiderato.
Schmidt spiega:"Per aumentare l'efficienza, la cella solare in silicio può essere dotata di uno strato organico, ad esempio costituito dal semiconduttore tetracene. La luce a onde corte viene assorbita in questo strato e convertita in eccitazioni elettroniche ad alta energia, quindi -chiamati eccitoni. Questi eccitoni decadono nel tetracene in due eccitazioni a bassa energia. Se queste eccitazioni possono essere trasferite con successo alla cella solare in silicio, possono essere convertite in modo efficiente in elettricità e aumentare la resa complessiva di energia utilizzabile.>
Innovazione decisiva per un rapido trasferimento di energia
Il trasferimento dell'eccitazione del tetracene nel silicio è stato studiato dal team di Schmidt utilizzando complesse simulazioni al computer presso il Paderborn Center for Parallel Computing (PC2), il centro di calcolo ad alte prestazioni dell'università. Ora è stata raggiunta una svolta decisiva:in uno studio congiunto con il Dr. Marvin Krenz e il Prof. Dr. Uwe Gerstmann, entrambi dell'Università di Paderborn, gli scienziati hanno dimostrato che speciali difetti sotto forma di legami chimici insaturi nell'interfaccia tra il tetracene la pellicola e la cella solare accelerano notevolmente il trasferimento degli eccitoni.
Schmidt osserva:"Tali difetti si verificano durante il desorbimento dell'idrogeno e causano stati dell'interfaccia elettronica con energia fluttuante. Queste fluttuazioni trasportano le eccitazioni elettroniche dal tetracene al silicio come un ascensore."
Tali "difetti" nelle celle solari sono in realtà associati a perdite di energia. Ciò rende i risultati del trio di fisici ancora più sorprendenti.
"Nel caso dell'interfaccia silicio-tetracene, i difetti sono essenziali per il rapido trasferimento di energia. I risultati delle nostre simulazioni al computer sono davvero sorprendenti. Forniscono anche indicazioni precise per la progettazione di un nuovo tipo di cella solare con efficienza notevolmente aumentata, " Afferma Schmidt.
Ulteriori informazioni: Marvin Krenz et al, Trasferimento di eccitoni assistito da difetti attraverso l'interfaccia Tetracene-Si(111):H, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.076201 journals.aps.org/prl/abstract/ … ysRevLett.132.076201
Fornito dall'Università di Paderborn 
