(PhysOrg.com) -- Con la creazione di una piattaforma di celle solari 3-D basata su nanoconi, un team guidato da Jun Xu dell'Oak Ridge National Laboratory ha aumentato l'efficienza di conversione luce-energia del fotovoltaico di quasi l'80%.

La tecnologia supera sostanzialmente il problema del cattivo trasporto delle cariche generate dai fotoni solari. Queste cariche - elettroni negativi e lacune positive - in genere vengono intrappolate da difetti nei materiali sfusi e nelle loro interfacce e degradano le prestazioni.

"Per risolvere i problemi di intrappolamento che riducono l'efficienza delle celle solari, abbiamo creato una cella solare a base di nanocono, ha inventato metodi per sintetizzare queste cellule e ha dimostrato una migliore efficienza di raccolta della carica, " disse Xu, un membro della Divisione di Scienze Chimiche dell'ORNL.

La nuova struttura solare è costituita da nanoconi di tipo n circondati da un semiconduttore di tipo p. I nanoconi di tipo n sono fatti di ossido di zinco e fungono da struttura di giunzione e conduttore di elettroni. La matrice di tipo p è costituita da tellururo di cadmio policristallino e funge da mezzo di assorbimento di fotoni primario e conduttore del foro.

Con questo approccio su scala di laboratorio, Xu e colleghi sono stati in grado di ottenere un'efficienza di conversione da luce a potenza del 3,2 percento rispetto all'efficienza dell'1,8 percento della struttura planare convenzionale degli stessi materiali.

"Abbiamo progettato la struttura tridimensionale per fornire una distribuzione intrinseca del campo elettrico che promuove un trasporto efficiente della carica e un'elevata efficienza nella conversione dell'energia dalla luce solare in elettricità, " disse Xu.

Le caratteristiche chiave del materiale solare includono la sua esclusiva distribuzione del campo elettrico che consente un trasporto efficiente della carica; la sintesi di nanoconi utilizzando metodi proprietari poco costosi; e la minimizzazione di difetti e vuoti nei semiconduttori. Quest'ultimo fornisce proprietà elettriche e ottiche migliorate per la conversione dei fotoni solari in elettricità.

A causa del trasporto efficiente della carica, la nuova cella solare può tollerare materiali difettosi e ridurre i costi nella fabbricazione di celle solari di nuova generazione.

"Il concetto importante alla base della nostra invenzione è che la forma del nanocono genera un elevato campo elettrico in prossimità della giunzione della punta, separando efficacemente, iniezione e raccolta di portatori di minoranza, con conseguente maggiore efficienza rispetto a quella di una cella planare convenzionale realizzata con gli stessi materiali, " disse Xu.

La ricerca che costituisce la base di questa tecnologia è stata accettata dalla conferenza degli specialisti fotovoltaici dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers di quest'anno e sarà pubblicata nel Atti IEEE. I documenti sono intitolati "Efficient Charge Transport in Nanocone Tip-Film Solar Cells" e "Celle solari a nanogiunzione basate su film policristallini di CdTe cresciuti su nanoconi di ZnO".