I ligandi di superficie inorganici consentono un facile trasporto di elettroni tra punti quantici e aprono nuove opportunità per l'utilizzo di nanostrutture nelle celle solari.
(PhysOrg.com) -- Un team di ricercatori dell'Università di Chicago e dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha dimostrato un metodo che potrebbe produrre strati di semiconduttori più economici per le celle solari.
Gli array di nanocristalli inorganici, creato spruzzando un nuovo tipo di "inchiostro" colloidale hanno un'eccellente mobilità degli elettroni e potrebbero essere un passo avanti per affrontare i problemi fondamentali con l'attuale tecnologia solare.
"Con l'odierna tecnologia solare, se vuoi ottenere quantità significative di elettricità, dovresti costruire enormi installazioni su molte miglia quadrate, " ha detto il caposquadra Dmitri Talapin, che tiene un appuntamento congiunto con Argonne e l'università. Ma poiché le attuali celle solari sono basate sul silicio, che è costoso e dannoso per l'ambiente da produrre, non sono convenienti su grandi aree. La sfida per gli scienziati è trovare un modo per produrre un gran numero di celle solari che siano sia efficienti che economiche.
Una possibilità per rendere le celle solari più economiche sarebbe quella di "stamparle", simile a come vengono stampati i giornali. "Usi una specie di 'inchiostro, ' stampato utilizzando una tecnologia a rullo con un substrato flessibile, " ha detto Talapin.
Le celle solari hanno diversi strati di materiali diversi impilati uno sopra l'altro. Il team si è concentrato sul livello più importante, che cattura la luce solare e la converte in elettricità. Questo strato, costituito da un materiale semiconduttore, deve essere in grado di trasformare la luce in cariche elettriche negative e positive ma anche rilasciarle facilmente per spostarsi ulteriormente lungo il materiale per generare corrente elettrica.
Le matrici di punti quantici consentono la fabbricazione di celle solari mediante stampa e altre tecniche poco costose.
Molti metodi per far crescere i semiconduttori richiedono temperature elevate, ma un approccio più economico sarebbe quello di renderli in soluzione. Questo, però, richiede un precursore solubile.
Il team ha sviluppato quel precursore utilizzando punti quantici. Piccoli grani di semiconduttori, sospeso in un liquido, vengono "incollati" insieme a nuove molecole chiamate "complessi di calcogenuri metallici molecolari". Il processo riscalda il materiale a circa 200 gradi Celsius, molto inferiori alle temperature richieste per la produzione di celle solari al silicio. Il risultato è uno strato di materiale con buone proprietà semiconduttive.
"La mobilità degli elettroni per questo materiale è di un ordine di grandezza superiore a quella precedentemente riportata per qualsiasi metodo basato su soluzioni, " ha detto Talapin.
Il team ha utilizzato intensi raggi X dall'Advanced Photon Source del DOE Office of Science ad Argonne per osservare la creazione del film a semiconduttore.
"Crediamo di poter realizzare celle solari molto competitive con queste nanoparticelle, " ha detto Talapin.
Talapin ha affermato che il successo ha giocato sulla partnership complementare tra l'Università di Chicago e il Centro per i materiali su nanoscala di Argonne. "All'università abbiamo ottimi studenti e dottori di ricerca che possono fare molto della chimica teorica, che richiede molta manodopera, "Talapin ha detto, "ma Argonne è un posto fantastico per fare ricerca che richiede strumentazione e infrastrutture sofisticate."
La carta, "Trasporto a banda, elevata mobilità degli elettroni e alta fotoconduttività in array di nanocristalli completamente inorganici", è stato pubblicato in Nanotecnologia della natura .
