(PhysOrg.com) -- Nel mondo dell'energia solare, le celle solari fotovoltaiche organiche hanno una vasta gamma di potenziali applicazioni, ma sono ancora considerati un parvenu. Mentre queste cellule a base di carbonio, che utilizzano polimeri organici o piccole molecole come semiconduttori, sono molto più sottili e meno costosi da produrre rispetto alle celle solari convenzionali realizzate con wafer di silicio inorganico, sono ancora in ritardo nella loro capacità di convertire efficacemente la luce solare in elettricità.
Ora, I ricercatori dell'UCLA e i loro colleghi dalla Cina e dal Giappone hanno dimostrato che incorporando nanoparticelle d'oro in questi fotovoltaici organici, sfruttando l'effetto plasmonico, grazie ai quali il metallo aiuta a migliorare l'assorbimento della luce solare, possono migliorare significativamente la conversione di energia delle cellule.
In un articolo recentemente pubblicato su ACS Nano , il team di ricercatori, guidato da Yang Yang, professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la Henry Samueli School of Engineering and Applied Science della UCLA e direttore del Nano Renewable Energy Center presso il California NanoSystems Institute della UCLA, dimostrare come hanno inserito uno strato di nanoparticelle d'oro tra due sottocelle che assorbono la luce in una cella solare polimerica tandem per raccogliere una frazione maggiore dello spettro solare.
Hanno scoperto che impiegando lo strato interconnesso di nanoparticelle d'oro, sono stati in grado di migliorare la conversione di potenza fino al 20 percento. Le nanoparticelle d'oro creano un forte campo elettromagnetico all'interno dei sottili strati fotovoltaici organici per effetto plasmonico, che concentra la luce in modo che molto di più possa essere assorbita dalle sottocellule.
Il team è il primo a segnalare una cella solare tandem con polimeri plasmonici, avendo superato le difficoltà legate all'incorporazione di nanostrutture metalliche nella struttura complessiva del dispositivo.
"Abbiamo dimostrato con successo una cella solare tandem di polimeri plasmonici altamente efficiente semplicemente incorporando uno strato di nanoparticelle d'oro tra due sottocelle, Yang ha detto. "L'effetto plasmonico che si verifica nel mezzo dello strato di interconnessione può migliorare contemporaneamente sia la sottocella superiore che quella inferiore - un "punto debole" - portando a un miglioramento dell'efficienza di conversione dell'energia della cella solare tandem dal 5,22% al 6,24 per cento. Il rapporto di miglioramento è del 20 percento".
Il team di ricerca includeva Xing Wang Zhang del Key Lab of Semiconductor Materials Science presso l'Institute of Semiconductors dell'Accademia cinese delle scienze di Pechino e Ziruo Hong della Graduate School of Science and Engineering dell'Università giapponese di Yamagata.
I risultati sperimentali e teorici dimostrano che l'effetto di potenziamento è stato ottenuto dal potenziamento locale in campo vicino delle nanoparticelle d'oro. I risultati mostrano che l'effetto plasmonico ha un grande potenziale per il futuro sviluppo delle celle solari polimeriche. Le strutture intercalari proposte dal team come piattaforma aperta possono essere applicate a vari materiali polimerici, aprendo opportunità ad alta efficienza, celle solari tandem multi-stack.
