La maggior parte degli sforzi per migliorare le celle solari si è concentrata sull'aumento dell'efficienza della loro conversione energetica, o sulla riduzione dei costi di produzione. Ma ora i ricercatori del MIT stanno aprendo un'altra strada per il miglioramento, con l'obiettivo di produrre i pannelli solari più sottili e leggeri possibili.

Tali pannelli, che hanno il potenziale per superare qualsiasi sostanza diversa dall'uranio per reattori in termini di energia prodotta per libbra di materiale, potrebbe essere costituito da fogli impilati di materiali dello spessore di una molecola come il grafene o il bisolfuro di molibdeno.

Jeffrey Grossman, il Professore Associato Carl Richard Soderberg di Ingegneria Energetica al MIT, afferma che il nuovo approccio "spinge verso la massima conversione di potenza possibile da un materiale" per l'energia solare. Grossman è l'autore senior di un nuovo articolo che descrive questo approccio, pubblicato sulla rivista Nano lettere .

Sebbene gli scienziati abbiano dedicato una notevole attenzione negli ultimi anni alle potenzialità dei materiali bidimensionali come il grafene, Grossman dice, c'è stato poco studio del loro potenziale per le applicazioni solari. Si scopre, lui dice, "non sono solo OK, ma è incredibile quanto bene si comportino".

Usando due strati di tali materiali dello spessore di un atomo, Grossman dice, il suo team ha previsto celle solari con un'efficienza dell'1-2% nella conversione della luce solare in elettricità, È basso rispetto all'efficienza dal 15 al 20 percento delle celle solari al silicio standard, lui dice, ma è ottenuto utilizzando un materiale migliaia di volte più sottile e leggero della carta velina. La cella solare a due strati è spessa solo 1 nanometro, mentre le tipiche celle solari al silicio possono essere centinaia di migliaia di volte superiori. L'impilamento di molti di questi strati bidimensionali potrebbe aumentare significativamente l'efficienza.

"Impilare alcuni strati potrebbe consentire una maggiore efficienza, uno che compete con altre tecnologie di celle solari consolidate, "dice Marco Bernardi, un postdoc nel Dipartimento di Scienza dei Materiali del MIT che è stato l'autore principale dell'articolo. Maurizia Palummo, un ricercatore senior presso l'Università di Roma in visita al MIT attraverso il programma MISTI Italia, è stato anche coautore.

Per applicazioni in cui il peso è un fattore cruciale, come nei veicoli spaziali, aeronautica o per l'uso in aree remote del mondo in via di sviluppo dove i costi di trasporto sono significativi:tali celle leggere potrebbero già avere un grande potenziale, dice Bernardi.

Libra per libra, lui dice, le nuove celle solari producono fino a 1, 000 volte più potenza rispetto al fotovoltaico convenzionale. A circa un nanometro (miliardesimo di metro) di spessore, "È da 20 a 50 volte più sottile della cella solare più sottile che si possa realizzare oggi, " Aggiunge Grossman. "Non si potrebbe fare una cella solare più sottile".

Questa snellezza non è solo vantaggiosa nella spedizione, ma anche nella facilità di montaggio dei pannelli solari. Circa la metà del costo dei pannelli di oggi è nelle strutture di supporto, installazione, cablaggi e sistemi di controllo, spese che potrebbero essere ridotte attraverso l'utilizzo di strutture più leggere.

Inoltre, il materiale stesso è molto meno costoso del silicio altamente purificato utilizzato per le celle solari standard e poiché i fogli sono così sottili, richiedono solo minuscole quantità di materie prime.

Il lavoro svolto finora dal team del MIT per dimostrare il potenziale dei materiali spessi atomici per la generazione solare è "solo l'inizio, " dice Grossman. Per prima cosa, bisolfuro di molibdeno e diseleniuro di molibdeno, i materiali utilizzati in questo lavoro, sono solo due dei tanti materiali 2-D il cui potenziale potrebbe essere studiato, per non parlare delle diverse combinazioni di materiali intrecciati insieme. "C'è un intero zoo di questi materiali che può essere esplorato, " dice Grossman. "La mia speranza è che questo lavoro ponga le basi per una nuova concezione di questi materiali".

Sebbene a questo punto non esistano metodi su larga scala per produrre disolfuro di molibdeno e diseleniuro di molibdeno, questa è un'area di ricerca attiva. La producibilità è "una questione essenziale, "Grossman dice, "ma penso che sia un problema risolvibile."

Un ulteriore vantaggio di tali materiali è la loro stabilità a lungo termine, anche all'aria aperta; altri materiali delle celle solari devono essere protetti da strati di vetro pesanti e costosi. "È essenzialmente stabile nell'aria, sotto la luce ultravioletta, e nell'umidità, " dice Grossman. "È molto robusto."

Il lavoro finora si è basato sulla modellazione al computer dei materiali, Grossman dice, aggiungendo che il suo gruppo sta ora cercando di produrre tali dispositivi. "Penso che questa sia la punta dell'iceberg in termini di utilizzo di materiali 2-D per l'energia pulita", afferma.

Il documento è intitolato "Assorbimento straordinario della luce solare e fotovoltaico di 1 nm di spessore utilizzando materiali monostrato bidimensionali".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.