(Phys.org)—Un entusiasmante progresso nella tecnologia delle celle solari sviluppato presso l'Università del Kansas ha prodotto le celle fotovoltaiche più efficienti al mondo realizzate con nanocarboni, materiali che hanno il potenziale per ridurre drasticamente i costi della tecnologia fotovoltaica in futuro.
"In realtà abbiamo battuto il record di efficienza fotovoltaica interamente in carbonio, " disse Shenqiang Ren, assistente professore di chimica presso KU, che ha guidato la ricerca con i colleghi del Massachusetts Institute of Technology. "Celle solari a base di nanotubi di carbonio, nel passato, in media meno dell'1 per cento in termini di efficienza. Nonostante questi materiali mostrino un potenziale così grande, ci sono tanti problemi. Ma ci stiamo rivolgendo a loro. Così ora, la nostra efficienza è salita all'1,3%. Non arriva al livello commerciale di efficienza, ma ci stiamo ancora lavorando, cercando di ottimizzarlo, cercando di ottenere una migliore efficienza da esso."
Per essere commercialmente redditizio, Ren ha affermato che un pannello fotovoltaico deve superare una soglia di efficienza del 10 percento, il che significa che deve convertire un decimo dell'energia solare immessa nella potenza di uscita delle celle solari. I pannelli fotovoltaici in silicone attualmente disponibili in commercio sono efficienti dal 17 al 22 percento, ma hanno un prezzo molto alto.
Il ricercatore KU ha affermato che i pannelli fotovoltaici realizzati con nanomateriali di carbonio potrebbero far progredire la tecnologia solare perché sono realizzati con materiali economici, materiali di carbonio facili da ottenere e sostenibili dal punto di vista ambientale, hanno un elevato assorbimento ottico e una fotostabilità molto migliore, il che significa che le loro prestazioni non si degradano dopo l'esposizione alla luce solare.
"Nella nostra ricerca, usiamo buckyball in carbonio, nanotubi di carbonio e un derivato del grafene, " ha detto Ren. "I materiali in nanocarbonio mostrano una notevole fotostabilità senza l'imballaggio tradizionale richiesto nelle celle solari organiche. In realtà abbiamo confrontato due tipi di celle solari in laboratorio. Avevamo una cella solare organica standard, e poi abbiamo realizzato esattamente la stessa cella solare interamente in carbonio. Quindi, abbiamo confrontato la fotodegradazione senza alcun imballaggio protettivo. L'organico si è degradato così rapidamente che dopo 100 ore la cella solare organica non era affatto funzionante, ma la cella solare interamente in carbonio funzionava davvero bene".
Mentre il tasso di efficienza dell'1,3% delle celle fotovoltaiche al nanocarbonio di Ren è inferiore alla tecnologia solare oggi disponibile in commercio, il limite teorico per le celle fotovoltaiche interamente al carbonio è del 13%. Se Ren e i suoi colleghi possono ottenere nel mondo reale ciò che teorizzano sia possibile utilizzando il nanocarbonio, la tecnologia prospererebbe sul mercato e potrebbe avere un impatto più ampio sulla tecnologia oltre al solare.
"Il nostro obiettivo è portare avanti questa performance, e nel frattempo vogliamo capire meglio la dinamica degli eccitoni e il trasferimento di carica, " ha detto Ren. "Questo materiale di carbonio è molto nuovo per la fotofisica, e una cella fotovoltaica è solo una delle applicazioni emergenti dalla struttura interamente in carbonio. Potrebbe aprire una nuova optoelettronica al carbonio. Ad esempio, potremmo usare questo carbone per il rilevatore di foto o un sensore. Una volta affrontati questi problemi fondamentali, c'è un campo completamente nuovo che può essere aperto da questa scoperta".
Kansas NSF EPSCoR, Dipartimento dell'Energia, il Centro per la catalisi vantaggiosa per l'ambiente e il programma del Fondo di ricerca generale della nuova facoltà della KU hanno sostenuto la ricerca del gruppo Ren presso la KU. Inoltre, Ren attribuisce "Sostenere il pianeta," di KU Powering the World" portandolo all'università.
I risultati di Ren appaiono nel numero del 9 ottobre di ACS Nano.
