I ricercatori dell'Università di Toronto e della King Abdullah University of Science &Technology (KAUST) hanno fatto un passo avanti nello sviluppo di pellicole colloidali a punti quantici (CQD), portando alla cella solare CQD più efficiente di sempre. Il loro lavoro è descritto in una lettera pubblicata su Nanotecnologia della natura.

I ricercatori, guidato dal professore di ingegneria della U of T Ted Sargent, ha creato una cella solare con materiali economici che è stata certificata con un'efficienza del 7,0% da record mondiale.

"In precedenza, le celle solari a punti quantici sono state limitate dalle grandi aree superficiali interne delle nanoparticelle nel film, che rendeva difficile l'estrazione dell'elettricità, " ha detto la dottoressa Susanna Thon, un co-autore principale del documento. "La nostra svolta è stata quella di utilizzare una combinazione di chimica organica e inorganica per coprire completamente tutte le superfici esposte".

I punti quantici sono semiconduttori di soli pochi nanometri e possono essere utilizzati per raccogliere elettricità dall'intero spettro solare, comprese le lunghezze d'onda visibili e invisibili. A differenza delle attuali tecniche di crescita dei semiconduttori, lente e costose, I film CQD possono essere creati rapidamente e a basso costo, simile a vernice o inchiostro. Questa ricerca apre la strada a celle solari che possono essere fabbricate su substrati flessibili nello stesso modo in cui i giornali vengono stampati rapidamente in grandi quantità.

La cella U di T rappresenta un aumento dell'efficienza del 37% rispetto al precedente record certificato. Al fine di migliorare l'efficienza, i ricercatori avevano bisogno di un modo per ridurre il numero di "trappole" per gli elettroni associati a una scarsa qualità della superficie e allo stesso tempo garantire che i loro film fossero molto densi per assorbire quanta più luce possibile. La soluzione era un cosiddetto schema di "passivazione ibrida".

"Introducendo piccoli atomi di cloro subito dopo aver sintetizzato i punti, siamo in grado di riparare gli angoli e le fessure precedentemente irraggiungibili che portano alle trappole di elettroni, " ha spiegato lo studente di dottorato e co-autore principale Alex Ip. "Lo seguiamo usando brevi linker organici per legare i punti quantici nel film più vicini".

Il lavoro condotto dal professor Aram Amassian di KAUST ha mostrato che lo scambio di ligandi organici era necessario per ottenere il film più denso.

"Il gruppo KAUST ha utilizzato metodi di sincrotrone all'avanguardia con risoluzione sub-nanometrica per discernere la struttura dei film e dimostrare che il metodo di passivazione ibrida ha portato ai film più densi con le nanoparticelle più vicine, " ha affermato il professor Amassian.

Il progresso apre molte strade per ulteriori ricerche e miglioramenti dell'efficienza dei dispositivi, che potrebbe contribuire a un futuro luminoso con affidabili, energia solare a basso costo.

Secondo il professor Sargent, "Il nostro mondo ha urgente bisogno di innovazione, modi economici per convertire l'abbondante energia del sole in elettricità utilizzabile. Questo lavoro mostra che le abbondanti interfacce dei materiali all'interno dei punti quantici colloidali possono essere padroneggiate in modo robusto, dimostrando che il basso costo e l'efficienza in costante miglioramento possono essere combinati."