L'efficienza delle celle solari convenzionali potrebbe essere aumentata dall'attuale limite del 30 percento a oltre il 60 percento, suggerisce una nuova ricerca sui nanocristalli semiconduttori, o punti quantici, guidato dal chimico Xiaoyang Zhu dell'Università del Texas ad Austin.

Zhu e i suoi colleghi riportano i loro risultati in questa settimana Scienza .

Gli scienziati hanno scoperto un metodo per catturare la luce solare a più alta energia che viene dispersa sotto forma di calore nelle celle solari convenzionali.

L'efficienza massima della cella solare al silicio in uso oggi è di circa il 31 percento. Questo perché gran parte dell'energia della luce solare che colpisce una cella solare è troppo alta per essere trasformata in elettricità utilizzabile. quell'energia, sotto forma di cosiddetti "elettroni caldi, " si perde come calore.

Se la luce solare a più alta energia, o più specificamente gli elettroni caldi, potrebbe essere catturato, l'efficienza di conversione dell'energia solare in energia elettrica potrebbe essere aumentata teoricamente fino al 66 percento.

"Sono necessari alcuni passaggi per creare ciò che chiamo questa 'ultima cella solare, '" dice Zhu, professore di chimica e direttore del Center for Materials Chemistry. "Primo, la velocità di raffreddamento degli elettroni caldi deve essere rallentata. Secondo, dobbiamo essere in grado di afferrare quegli elettroni caldi e usarli rapidamente prima che perdano tutta la loro energia".

Zhu dice che i nanocristalli semiconduttori, o punti quantici, sono promettenti per questi scopi.

Per quanto riguarda il primo problema, un certo numero di gruppi di ricerca ha suggerito che il raffreddamento degli elettroni caldi può essere rallentato nei nanocristalli semiconduttori. In un documento del 2008 in Scienza , un gruppo di ricerca dell'Università di Chicago ha dimostrato che ciò è vero senza ambiguità per i nanocristalli semiconduttori colloidali.

Il team di Zhu ha ora individuato il prossimo passaggio critico:come eliminare quegli elettroni.

Hanno scoperto che gli elettroni caldi possono essere trasferiti da nanocristalli di seleniuro di piombo fotoeccitati a un conduttore di elettroni fatto di biossido di titanio ampiamente utilizzato.

"Se togliamo gli elettroni caldi, possiamo lavorare con loro, " dice Zhu. "La dimostrazione di questo trasferimento di elettroni caldi stabilisce che una cella solare a vettore caldo altamente efficiente non è solo un concetto teorico, ma una possibilità sperimentale."

I ricercatori hanno utilizzato punti quantici fatti di seleniuro di piombo, ma Zhu dice che i loro metodi funzioneranno per punti quantici fatti di altri materiali, pure.

Avverte che questo è solo un passo scientifico, e che più scienza e molta ingegneria devono essere fatte prima che il mondo veda una cella solare efficiente al 66%.

In particolare, c'è un terzo pezzo del puzzle scientifico su cui sta lavorando Zhu:il collegamento a un filo conduttore elettrico.

"Se togliamo gli elettroni dalla cella solare che sono così veloci, o caldo, perdiamo anche energia nel filo sotto forma di calore, " dice Zhu. "Il nostro prossimo obiettivo è regolare la chimica all'interfaccia con il filo conduttore in modo da poter ridurre al minimo questa ulteriore perdita di energia. Vogliamo catturare la maggior parte dell'energia della luce solare. Questa è l'ultima cella solare.

"I combustibili fossili hanno un grande costo ambientale, " dice Zhu. "Non c'è motivo per cui non possiamo utilizzare l'energia solare al 100% entro 50 anni".