(PhysOrg.com) -- A causa della crescente domanda di fonti di energia rinnovabile, le celle solari fotovoltaiche sono progredite in modo significativo negli ultimi dieci anni. Dal 2002, la produzione fotovoltaica mondiale raddoppia ogni due anni, rendendola la tecnologia energetica in più rapida crescita al mondo. Però, l'efficienza complessiva di conversione energetica del fotovoltaico è ancora troppo bassa per essere competitiva in termini di costi con i combustibili fossili, e quindi non è stato ampiamente distribuito.

Nel tentativo di cambiare questo, gli scienziati hanno recentemente sviluppato una nuova cella solare al silicio che ha una geometria unica di nanofori con diametri di circa 500-600 nanometri. Raggiungendo un'efficienza di conversione di potenza del 9,5%, il nuovo design vanta prestazioni superiori rispetto alle sue controparti in silicio, come le celle solari che incorporano nanofili, nanotubi, e altre nanostrutture otticamente attive. Il migliore di questi design ha un'efficienza di poco superiore al 5%.

I ricercatori del nuovo studio, Kui-Qing Peng dell'Università Normale di Pechino, Shuit-Tong Lee della City University di Hong Kong, e i loro collaboratori, hanno pubblicato i loro risultati in un recente numero del Giornale della Società Chimica Americana . Nei loro esperimenti, gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di litografia ultravioletta profonda e incisione chimica del silicio catalizzata da metallo per fabbricare i nanofori su wafer di silicio.

Come spiegano i ricercatori, la chiave per il miglioramento delle prestazioni della cella solare a nanofori è che gli array di nanofori hanno un assorbimento migliore rispetto ai nanofili. Particolarmente, le giunzioni p-n radiali configurate verticalmente consentono alla corrente elettrica di percorrere solo brevi distanze tra le giunzioni per un flusso di corrente efficiente. Inoltre, la cella solare a nanofori ha dimostrato di avere una robustezza meccanica superiore rispetto alle fragili strutture delle celle solari che hanno giunzioni p-n a nanocavi indipendenti. Nel passato, questo problema di fragilità ha causato gravi battute d'arresto per la produzione di applicazioni fotovoltaiche.

“Le celle solari a geometria nanoforata possiedono una struttura robusta rispetto alla fragile geometria a nanofili autoportante, una migliore capacità di catturare la luce solare rispetto agli array di nanofili, e giunzioni p-n radiali che consentono una migliore raccolta del vettore, "Lee ha riassunto a PhysOrg.com .

Globale, i risultati dimostrano che la geometria dei nanofori ha il potenziale per una conversione dell'energia solare fotovoltaica efficiente dal punto di vista energetico e conveniente. Gli scienziati hanno in programma di migliorare ulteriormente le prestazioni in diversi modi, come migliorando l'accoppiamento della luce nel dispositivo, impiegando la passivazione superficiale per ridurre al minimo la ricombinazione superficiale, e incorporando migliori contatti elettrici.

“L'elevato assorbimento ottico e una migliore efficienza di raccolta dei vettori nelle celle solari a geometria nanoforata possono essere fabbricate con meno materiali di silicio e silicio di qualità inferiore, "Ha detto Lee. “Questi vantaggi porterebbero a celle solari efficienti e meno costose, offrendo prestazioni potenzialmente competitive con le tradizionali celle a wafer di silicio, così come la competitività in termini di costi con i combustibili fossili in futuro”.

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