(Phys.org) - L'utilizzo di una forma esotica di silicio potrebbe migliorare sostanzialmente l'efficienza delle celle solari, secondo le simulazioni al computer dei ricercatori dell'Università della California, Davis, e in Ungheria. Il lavoro è stato pubblicato il 25 gennaio sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Le celle solari si basano sull'effetto fotoelettrico:un fotone, o particella di luce, colpisce un cristallo di silicio e genera un elettrone caricato negativamente e un foro caricato positivamente. La raccolta di quelle coppie elettrone-lacuna genera corrente elettrica.

Le celle solari convenzionali generano una coppia elettrone-lacuna per fotone in arrivo, e hanno un'efficienza massima teorica del 33 percento. Un nuovo entusiasmante percorso per una maggiore efficienza è generare più di una coppia elettrone-lacuna per fotone, disse Giulia Galli, professore di chimica alla UC Davis e coautore dell'articolo.

"Questo approccio è in grado di aumentare l'efficienza massima al 42 percento, al di là di qualsiasi cella solare disponibile oggi, che sarebbe un grosso problema, " ha detto l'autore principale Stefan Wippermann, un ricercatore post-dottorato presso l'UC Davis.

"Infatti, c'è ragione di credere che se si usano specchi parabolici per focalizzare la luce del sole su una cella solare di tale nuovo paradigma, la sua efficienza potrebbe raggiungere il 70 percento, " ha detto Wippermann.

Galli diceva che le nanoparticelle hanno una dimensione di nanometri, in genere solo pochi atomi di diametro. A causa delle loro piccole dimensioni, molte delle loro proprietà sono diverse dai materiali sfusi. In particolare, la probabilità di generare più di una coppia elettrone-lacuna è molto aumentata, guidato da un effetto chiamato "confinamento quantistico". Gli esperimenti per esplorare questo paradigma sono in corso dai ricercatori del Los Alamos National Laboratory, il National Renewable Energy Laboratory di Golden, col., così come alla UC Davis.

"Ma con le nanoparticelle di silicio convenzionale, il paradigma funziona solo alla luce ultravioletta, " Ha detto Wippermann. "Questo nuovo approccio diventerà utile solo quando si dimostrerà di funzionare alla luce solare visibile".

I ricercatori hanno simulato il comportamento di una struttura di silicio chiamata silicio BC8, che si forma ad alta pressione ma è stabile a pressioni normali, proprio come il diamante è una forma di carbonio formata ad alta pressione ma stabile a pressioni normali.

Le simulazioni al computer sono state eseguite attraverso il National Energy Research Scientific Supercomputing Center presso il Lawrence Berkeley Laboratory, che ha concesso al progetto 10 milioni di ore di supercomputer.

Le simulazioni hanno dimostrato che le nanoparticelle di silicio BC8 generano effettivamente più coppie elettrone-lacuna per fotone anche se esposte alla luce visibile.

"Questo è più di un esercizio accademico. Un articolo dell'Harvard-MIT ha mostrato che quando le normali celle solari di silicio vengono irradiate con luce laser, l'energia emessa dal laser può creare una pressione locale sufficientemente alta da formare nanocristalli BC8. Così, il trattamento a pressione laser o chimica delle celle solari esistenti può trasformarle in queste celle ad alta efficienza, " ha detto il co-autore Gergely Zimanyi, professore di fisica alla UC Davis.