(PhysOrg.com) -- Un team di ricercatori della North Carolina State University e del Regno Unito ha scoperto che il basso tasso di conversione dell'energia nella tecnologia delle celle solari interamente polimeriche è causato dalla struttura delle celle solari stesse. Sperano che le loro scoperte portino alla creazione di celle solari più efficienti.
Le celle solari polimeriche sono costituite da strati sottili di strutture compenetranti di due diverse plastiche conduttrici e sono sempre più popolari perché sono entrambe potenzialmente più economiche da realizzare rispetto a quelle attualmente in uso e possono essere "dipinte" o stampate su una varietà di superfici, compresi i film flessibili realizzati con lo stesso materiale della maggior parte delle bottiglie di soda. Però, queste celle solari non sono ancora convenienti da realizzare perché hanno solo un tasso di conversione dell'energia di circa il tre percento, rispetto al tasso del 15-20% nella tecnologia solare esistente.
“Le celle solari devono essere contemporaneamente abbastanza spesse da assorbire i fotoni dal sole, ma hanno strutture abbastanza piccole da consentire a quell'energia catturata, nota come eccitone, di viaggiare fino al sito di separazione della carica e conversione nell'elettricità che usiamo, "dice il dottor Harald Ade, professore di fisica e uno degli autori di un articolo che descrive la ricerca. “Le celle solari catturano i fotoni, ma l'eccitone ha troppo lontano per viaggiare, l'interfaccia tra le due diverse plastiche utilizzate è troppo ruvida per una separazione efficiente della carica, e la sua energia si perde.”
I risultati dei ricercatori appaiono online in Materiali funzionali avanzati e Nano lettere .
Affinché la cella solare sia più efficiente, Ade dice, lo strato che assorbe i fotoni dovrebbe avere uno spessore di circa 150-200 nanometri (un nanometro è migliaia di volte più piccolo della larghezza di un capello umano). L'eccitone risultante, però, dovrebbe percorrere solo una distanza di 10 nanometri prima della separazione della carica. Il modo in cui le celle solari polimeriche sono attualmente strutturate impedisce questo processo.
Ade continua, “Nel sistema interamente polimerico studiato, la distanza minima che l'eccitone deve percorrere è di 80 nanometri, la dimensione delle strutture formate all'interno del film sottile. Inoltre, il modo in cui i dispositivi sono attualmente fabbricati, l'interfaccia tra le strutture non è nettamente definita, il che significa che gli eccitoni, o oneri, rimanere intrappolati. È necessario trovare nuovi metodi di fabbricazione che forniscano strutture più piccole e interfacce più nitide”.
Ade e il suo team hanno in programma di esaminare diversi tipi di celle solari a base di polimeri per vedere se la loro bassa efficienza è dovuta a questo stesso problema strutturale. Sperano che i loro dati portino i chimici e i produttori a esplorare diversi modi di mettere insieme queste celle per aumentare l'efficienza.
“Ora che sappiamo perché la tecnologia esistente non funziona come dovrebbe, i nostri prossimi passi riguarderanno i processi fisici e chimici che correggeranno questi problemi. Una volta ottenuta una base di efficienza, possiamo reindirizzare gli sforzi di ricerca e produzione”.
