Imeco, insieme ai suoi partner di progetto, hanno collaborato all'interno di un progetto PRIMA del 7° programma quadro dell'UE (7° PQ) per migliorare sia l'efficienza che il costo delle celle solari. In particolare, hanno lavorato su una strategia di intrappolamento della luce utilizzando nanostrutture metalliche che consentono ai plasmoni di aumentare l'assorbimento all'interno della struttura della cella solare.

I metalli nanostrutturati possono assorbire e intensificare la luce a lunghezze d'onda specifiche. Questo fenomeno, chiamato plasmonica, ha molte applicazioni promettenti:può essere sfruttato per trasmettere segnali ottici attraverso interconnessioni nanometriche su chip, in nanoparticelle che riconoscono e interagiscono con le biomolecole, o nelle celle solari, per aumentare l'assorbimento della luce nel materiale fotoattivo della cellula, aprendo la strada a una generazione di energia più sottile e quindi meno costosa. Nel corso del progetto europeo FP7 PRIMA, imec e i suoi partner di progetto Imperial College (Londra, UK), Chalmers University of Technology (Svezia), Photovoltech (Belgio), Quantasol (Regno Unito), AZUR SPACE Solar Power (Germania), e l'Australian National University (Australia) hanno acquisito conoscenze essenziali nell'uso delle nanoparticelle metalliche per migliorare l'efficienza delle celle solari.

Uno dei risultati del progetto è stato lo sviluppo e la dimostrazione di un metodo per fabbricare celle solari organiche con un elettrodo posteriore plasmonico nanostrutturato in argento (Ag) utilizzando la litografia colloidale a maschera di fori (HCL). Questo a basso costo, La tecnica bottom up ed estremamente versatile si è dimostrata compatibile con i fragili semiconduttori organici situati al di sotto. L'introduzione di un elettrodo posteriore Ag nanostrutturato plasmonico ha portato a un miglioramento dell'efficienza di oltre il doppio nella coda di assorbimento.

Per quanto riguarda le celle solari a base di wafer come quelle a base di silicio, i nostri risultati indicano che per migliorare l'efficienza delle celle solari, le strutture plasmoniche devono essere integrate sul lato posteriore delle celle solari, e non sul lato anteriore. I nanodischi Ag sul rivestimento antiriflesso dielettrico (ARC) sul lato anteriore delle celle solari a base di silicio hanno determinato un migliore assorbimento della luce ma nessun aumento dell'efficienza, dovuto all'assorbimento parassitario nelle nanoparticelle e alle interferenze distruttive.

È stato sviluppato uno strumento di simulazione 3D, modellazione accurata delle caratteristiche ottiche ed elettriche dei dispositivi a celle solari basati su semiconduttori inorganici che incorporano nanostrutture plasmoniche. Il modello ha indicato che le nanoparticelle d'oro o d'argento possono migliorare l'efficienza delle celle solari a determinate lunghezze d'onda, mentre ad altre lunghezze d'onda, le prestazioni della cella solare si riducono. Nanostrutture in alluminio, d'altra parte, possono aumentare l'efficienza sull'intera regione spettrale rilevante di una cella solare a causa del loro assorbimento della luce intrinsecamente basso e della forte diffusione. Questo è stato dimostrato sperimentalmente su celle solari GaAs, ma può essere generalizzato anche alle celle al silicio.