I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas stanno sviluppando nanotecnologie che potrebbero portare a una nuova piattaforma per le celle solari, uno che potrebbe guidare lo sviluppo di più leggeri, tecnologia a energia solare flessibile e più versatile di quella attualmente disponibile.

La National Science Foundation ha recentemente assegnato un $ 390, 000 sovvenzione al dott. Anton Malko e al dott. Yuri Gartstein, sia nel Dipartimento di Fisica, e il Dr. Yves Chabal del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali per esplorare ulteriormente la loro ricerca sulla fattibilità di dispositivi fotovoltaici a film ultrasottile, che convertono la luce del sole in energia elettrica.

"Le tradizionali celle solari al silicio disponibili in commercio sono realizzate in silicio con uno spessore di un paio di centinaia di micron, " ha detto Malko. "Il nostro obiettivo è ridurlo di cento volte, fino a circa un micron di spessore, mantenendo allo stesso tempo l'efficienza."

Un micron, o micrometro, è un'unità di misura, pari a un milionesimo di metro. Per confronto, il diametro di un capello umano è di circa 100 micron, e una moneta da dieci centesimi degli Stati Uniti è di circa 1, 250 micron di spessore.

Mentre la scala degli oggetti di ricerca è minuscola, il loro impatto potrebbe essere sostanziale.

"Le celle solari con uno spessore di 100 micron sono rigide e fragili, " disse Malko. "Allo spessore che stiamo indagando, i dispositivi non sarebbero solo più leggeri, ma diventano anche flessibili. Esiste un'ampia nicchia di mercato e di applicazione per le celle solari flessibili, come su abbigliamento o zaini per escursionisti, o in situazioni in cui sono necessarie sorgenti portatili per alimentare l'elettronica."

L'approccio di UT Dallas alla costruzione di celle solari prevede l'uso di particelle di cristallo nanometriche chiamate punti quantici, che assorbono la luce molto meglio del silicio. L'energia che assorbono viene poi trasferita al silicio e convertita in un segnale elettrico.

I ricercatori costruiscono strato per strato le loro strutture fotovoltaiche sperimentali, partendo da uno strato ultrasottile di silicio, una cosiddetta nanomembrana spessa circa un decimo di micron. Oltre a ciò, con l'ausilio di speciali "linker" molecolari, " vengono aggiunti strati di punti quantici posizionati con precisione.

"Questo non è ancora un progetto di ingegneria, è un progetto di ricerca, " ha detto Gartstein. "Riteniamo che stiamo ponendo interessanti domande scientifiche e ricercando concetti che potrebbero eventualmente portare a dispositivi".

I primi risultati della ricerca sono stati pubblicati di recente sulla rivista ACS Nano .

"Il punto chiave della nostra ricerca è caratterizzare il modo in cui l'energia viene trasferita dai punti quantici attraverso gli strati al silicio, oltre a determinare come potremmo sfruttare quelle proprietà e ottimizzare la disposizione dei punti quantici, lo spessore degli strati e altri aspetti della struttura, " disse Malko.

La ricerca interdisciplinare coinvolge non solo la competenza in fisica sperimentale e teorica, che forniscono Malko e Gartstein. Anche la scienza dei materiali e le competenze nelle nanotecnologie sono cruciali. Un membro chiave del team è il dottor Oliver Seitz, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Chabal, che ha svolto il delicato e scrupolosamente controllato processo di realizzazione concreta delle strutture di prova.

"Questo progetto, ideato e avviato da Anton Malko, è stato entusiasmante in tutte le fasi della ricerca, " disse Chabal, titolare della Texas Instruments Distinguished University Chair in Nanoelectronics. "Ha coinvolto il mio gruppo in un'applicazione entusiasmante basata sul controllo chimico delle superfici che stiamo sviluppando".

Gartstein ha aggiunto:"Questo è uno di quei casi in cui la parola 'sinergia' si applica veramente. Come teorico, Posso venire con alcune idee e fare alcuni calcoli, ma non posso costruire queste cose. Nella scienza dei materiali, Il Dr. Seitz implementa effettivamente le nostre idee congiunte per realizzare i campioni fisici. Poi nel laboratorio del dottor Malko, La spettroscopia laser ultraveloce viene utilizzata per misurare fisicamente i processi e le proprietà rilevanti. Hue Minh Nguyen, uno studente laureato in fisica, contribuito enormemente a questo sforzo.

"È stato un grande piacere lavorare insieme in questa atmosfera di vera collaborazione, " Egli ha detto.