La cella solare a punti quantici colloidale più efficiente mai creata sarà descritta in un articolo scientifico che sarà pubblicato in un'edizione cartacea della rivista Materiali della natura da un team di scienziati che include John Asbury, assistente professore di chimica alla Penn State University. Altri membri del gruppo di ricerca sono presso l'Università di Toronto (U of T) in Canada e la King Abdullah University of Science &Technology (KAUST) in Arabia Saudita. La rivista pubblicherà anche i risultati del team sul suo sito web Advance Online Publication.

"Abbiamo scoperto come restringere gli involucri che incapsulano i punti quantici fino alla dimensione più piccola immaginabile:un semplice strato di atomi, " ha detto il professor Ted Sargent all'Università di T, l'autore corrispondente sul lavoro e il titolare della Canada Research Chair in Nanotechnology. I punti quantici sono semiconduttori su nanoscala che catturano la luce e la convertono in energia elettrica. A causa delle loro piccole dimensioni, i punti possono essere spruzzati su superfici flessibili, compresa la plastica, consentendo la produzione di celle solari meno costose rispetto alla versione esistente a base di silicio.

Ma una sfida cruciale per il settore è stata migliorare la loro efficienza. Il design ideale per la massima efficienza è quello che racchiude strettamente i punti quantici insieme. Fino ad ora, i punti quantici sono stati ricoperti con molecole organiche che separano le nanoparticelle di un nanometro, rendendole troppo ingombranti per un'efficienza ottimale. Per risolvere il problema, il team di ricerca si è rivolto a ligandi inorganici, atomi di dimensioni sub-nanometriche che si legano alle superfici dei punti quantici e occupano meno spazio.

"I ligandi inorganici formano il guscio più piccolo possibile che può essere avvolto attorno a punti quantici, "Spiega Asbury di Penn State. "È la sottigliezza del guscio che consente ai punti quantici di impacchettarsi così strettamente che gli elettroni possono fluire uniformemente attraverso il materiale per creare fotocorrente".

I punti quantici colloidali esaminati da Asbury e dai membri del suo team hanno prodotto le correnti elettriche più elevate, e la massima efficienza complessiva di conversione di potenza, mai visto nelle celle solari colloidali a punti quantici (CQD). Questi risultati prestazionali sono stati certificati da un laboratorio esterno, Newport, accreditato dal National Renewable Energy Laboratory degli Stati Uniti.

"Prove approfondite hanno confermato che siamo stati in grado di rimuovere le trappole di carica - luoghi in cui gli elettroni rimangono bloccati - pur continuando a impacchettare i punti quantici strettamente insieme, " Ha detto Asbury. La combinazione di imballaggio ravvicinato ed eliminazione della trappola di carica ha consentito a livelli senza precedenti di fotocorrente di fluire attraverso le celle solari, fornendo così un'efficienza record.

Un accordo di licenza tecnologica è stato firmato da U of T e KAUST, mediato da MaRS Innovations (MI), che consentirà la commercializzazione globale di questa nuova tecnologia. "Attraverso U di T, MI, e la partnership di KAUST, siamo pronti a tradurre la ricerca entusiasmante in innovazioni tangibili che possono essere commercializzate, " ha affermato Sargent. "Il mondo - e il mercato - hanno bisogno di innovazioni solari che rompano il compromesso esistente tra prestazioni e costi.