(PhysOrg.com) -- Gli studi condotti da Mark Lusk e dai colleghi della Colorado School of Mines potrebbero migliorare significativamente l'efficienza delle celle solari. Il loro ultimo lavoro descrive come la dimensione delle particelle che assorbono la luce, i punti quantici, influenzi la capacità delle particelle di trasferire energia agli elettroni per generare elettricità.

I risultati sono pubblicati nel numero di aprile della rivista ACS Nano .

L'anticipo fornisce prove a sostegno di un'idea controversa, chiamata generazione di eccitoni multipli (MEG), che teorizza che è possibile per un elettrone che ha assorbito energia luminosa, chiamato eccitone, trasferire quell'energia a più di un elettrone, conseguente più elettricità dalla stessa quantità di luce assorbita.

I punti quantici sono atomi artificiali che confinano gli elettroni in un piccolo spazio. Hanno un comportamento simile a quello atomico che si traduce in proprietà elettroniche insolite su scala nanometrica. Queste proprietà uniche possono essere particolarmente preziose per personalizzare il modo in cui la luce interagisce con la materia.

La verifica sperimentale del legame tra MEG e la dimensione del punto quantico è un argomento scottante a causa di un ampio grado di variazione negli studi pubblicati in precedenza. La capacità di generare una corrente elettrica a seguito del MEG sta ricevendo ora molta attenzione perché questa sarà una componente necessaria di qualsiasi realizzazione commerciale di MEG.

Per questo studio, Lusk e i suoi collaboratori hanno utilizzato un cluster di computer ad alte prestazioni supportato dalla National Science Foundation (NSF) per quantificare la relazione tra il tasso di MEG e la dimensione del punto quantico.

Hanno scoperto che ogni punto ha una fetta dello spettro solare per la quale è più adatto per eseguire MEG e che i punti più piccoli eseguono MEG per la loro fetta in modo più efficiente rispetto ai punti più grandi. Ciò implica che le celle solari fatte di punti quantici specificamente sintonizzati sullo spettro solare sarebbero molto più efficienti delle celle solari fatte di materiale che non è fabbricato con punti quantici.

Secondo Lusk, "Ora possiamo progettare materiali nanostrutturati che generano più di un eccitone da un singolo fotone di luce, mettendo a frutto una gran parte dell'energia che altrimenti riscalderebbe solo una cella solare".

Il gruppo di ricerca, che include la partecipazione del National Renewable Energy Laboratory, fa parte del Centro di ricerca e ingegneria sui materiali per l'energia rinnovabile finanziato dalla NSF presso la Colorado School of Mines a Golden, Colo. Il centro si concentra su materiali e innovazioni che avranno un impatto significativo sulle tecnologie delle energie rinnovabili. Sfruttare le proprietà uniche dei materiali nanostrutturati per migliorare le prestazioni dei pannelli solari è un'area di particolare interesse per il centro.

"Questi risultati sono entusiasmanti perché vanno molto verso la risoluzione di un dibattito di lunga data all'interno del campo, " disse Mary Galvin, un direttore del programma per la Divisione di ricerca sui materiali presso NSF. "Ugualmente importante, contribuiranno alla creazione di nuove tecniche di progettazione che possono essere utilizzate per realizzare celle solari più efficienti".