(Phys.org)—Gli scienziati del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno prodotto celle solari utilizzando tecniche di nanotecnologia con un'efficienza competitiva del 18,2%. La svolta dovrebbe essere un passo importante per aiutare a ridurre il costo dell'energia solare.

NREL ha adattato una superficie nanostrutturata garantendo al tempo stesso che l'elettricità generata dalla luce possa ancora essere raccolta in modo efficiente dalla cella solare. I ricercatori hanno realizzato nano-isole d'argento su un wafer di silicio e l'hanno immerso brevemente in liquidi per creare miliardi di fori di dimensioni nanometriche in ogni pollice quadrato della superficie del wafer di silicio. I fori e le pareti di silicio sono più piccoli delle lunghezze d'onda della luce che li colpiscono, quindi la luce non riconosce alcun improvviso cambiamento di densità in superficie e, così, non si riflettono nell'atmosfera come energia sprecata. I ricercatori hanno controllato le nanoforme e la composizione chimica della superficie per raggiungere efficienze record delle celle solari per questo materiale di "silicio nero".

La carta, "Una cella solare al silicio nero efficiente del 18,2% ottenuta attraverso il controllo della ricombinazione dei portatori nelle nanostrutture" di Jihun Oh di NREL, Hao Chih Yuan, e Howard Branz, attualmente appare su Nanotecnologia della natura sito web di .

Tipicamente, i produttori di celle solari devono aggiungere uno strato antiriflesso extra, o due, alle loro cellule, che aumenta notevolmente i costi.

NREL aveva precedentemente dimostrato che le loro nanostrutture riflettevano meno luce rispetto ai migliori strati antiriflesso di una cella solare. Ma fino ad ora, non erano stati in grado di raggiungere l'efficienza complessiva con le loro celle di silicio nero che potevano avvicinarsi ai voti migliori per altre celle di silicio.

Oh, Yuan, e Branz, prima doveva determinare perché l'aumento della superficie delle nanostrutture riduceva drasticamente la raccolta di elettricità e danneggiava il voltaggio e la corrente delle celle.

I loro esperimenti hanno dimostrato che l'area ad alta superficie, e soprattutto un processo chiamato ricombinazione Auger, limitare la raccolta di fotoni sulla maggior parte delle celle solari nanostrutturate. Hanno concluso che questa ricombinazione Auger è causata quando troppe delle impurità droganti immesse per far funzionare la cellula passano attraverso la superficie nanostrutturata.

Questa comprensione scientifica ha permesso loro di sopprimere la ricombinazione Auger con un doping più leggero e meno profondo. Combinando questo drogaggio più leggero con nanoforme leggermente più lisce, possono costruire una cella solare efficiente al 18,2% che è nera ma risponde quasi idealmente a quasi l'intero spettro solare.

Il Dipartimento dell'Energia ha finanziato la borsa di ricerca attraverso l'American Recovery and Reinvestment Act.

Branz, ricercatore principale della sovvenzione, disse, "Questo lavoro può avere un grande impatto sia sulle celle solari convenzionali che su quelle emergenti basate su nanofili e nanosfere. Per la prima volta mostra che si possono realizzare celle solari davvero eccezionali da semiconduttori nanostrutturati".

Branz ha aggiunto, "Le prossime sfide sono tradurre questi risultati in pratiche industriali comuni e quindi ottenere un'efficienza superiore al 20%. Dopodiché, Spero di vedere questo tipo di tecniche di nanostrutturazione utilizzate su cellule molto più sottili per utilizzare meno materiale semiconduttore".

"Ora abbiamo uno studio chiaro che mostra come l'ottimizzazione della superficie e il doping insieme possano dare una migliore efficienza, " Yuan ha detto. "L'area superficiale e la concentrazione di drogante vicino alla superficie influenzano le prestazioni delle celle solari nanostrutturate".

Primo autore, Oh, un NREL Postdoctoral Fellow ha affermato che lo studio NREL "dimostra chiaramente che la giusta combinazione di una superficie accuratamente nanostrutturata e una buona lavorazione può ridurre i costi riducendo il riflesso indesiderato della luce solare".