La tecnologia delle celle solari è avanzata rapidamente, poiché centinaia di gruppi in tutto il mondo perseguono più di due dozzine di approcci utilizzando materiali diversi, tecnologie, e approcci per migliorare l'efficienza e ridurre i costi. Ora un team del MIT ha stabilito un nuovo record per le celle a punti quantici più efficienti, un tipo di cella solare che è considerata particolarmente promettente a causa del suo costo intrinsecamente basso, versatilità, e peso leggero.

Sebbene l'efficienza complessiva di questa cella sia ancora bassa rispetto ad altri tipi (circa il 9% dell'energia della luce solare viene convertita in elettricità), il tasso di miglioramento di questa tecnologia è uno dei più rapidi osservati per una tecnologia solare. Lo sviluppo è descritto in un documento, pubblicato sulla rivista Materiali della natura , dai professori del MIT Moungi Bawendi e Vladimir Bulovic e dagli studenti laureati Chia-Hao Chuang e Patrick Brown.

Il nuovo processo è un'estensione del lavoro di Bawendi, il professore di chimica Lester Wolfe, per produrre punti quantici con caratteristiche controllabili con precisione e come rivestimenti sottili uniformi che possono essere applicati ad altri materiali. Queste minuscole particelle sono molto efficaci nel trasformare la luce in elettricità, e viceversa. Fin dai primi progressi verso l'uso dei punti quantici per realizzare celle solari, Bawendi dice, "La comunità, negli ultimi anni, ha iniziato a capire meglio come funzionano queste cellule, e quali sono i limiti".

Il nuovo lavoro rappresenta un salto significativo nel superamento di tali limiti, aumentando il flusso di corrente nelle celle e aumentando così la loro efficienza complessiva nella conversione della luce solare in elettricità.

Molti approcci alla creazione a basso costo, le celle solari flessibili e leggere di grandi dimensioni soffrono di gravi limitazioni, come una breve durata operativa se esposte all'aria, o la necessità di alte temperature e camere a vuoto durante la produzione. Al contrario, il nuovo processo non richiede un'atmosfera inerte o temperature elevate per far crescere gli strati del dispositivo attivo, e le cellule risultanti non mostrano alcun degrado dopo più di cinque mesi di conservazione in aria.

Bulovic, il Fariborz Maseeh Professor of Emerging Technology e Associate Dean for Innovation presso la School of Engineering del MIT, spiega che i sottili rivestimenti di punti quantici "consentono loro di fare ciò che fanno come individui, di assorbire molto bene la luce, ma anche di lavorare come gruppo, alle spese di trasporto." Ciò consente di raccogliere tali spese a margine del film, dove possono essere imbrigliati per fornire una corrente elettrica.

Il nuovo lavoro riunisce sviluppi provenienti da diversi campi per spingere la tecnologia a un'efficienza senza precedenti per un sistema basato su punti quantici:i quattro coautori del documento provengono dai dipartimenti di fisica del MIT, chimica, Scienze dei materiali e Ingegneria, e ingegneria elettrica e informatica. La cella solare prodotta dal team è stata ora aggiunta all'elenco dei National Renewable Energy Laboratories delle efficienze record per ogni tipo di tecnologia delle celle solari.

L'efficienza complessiva della cella è ancora inferiore rispetto alla maggior parte degli altri tipi di celle solari. Ma Bulovic sottolinea, "Il silicio ha avuto sei decenni per arrivare dove è oggi, e anche il silicio non ha ancora raggiunto il limite teorico. Non puoi sperare di avere una tecnologia completamente nuova che batta un incumbent in soli quattro anni di sviluppo." E la nuova tecnologia ha importanti vantaggi, in particolare un processo di fabbricazione che è molto meno energivoro rispetto ad altri tipi.

Chuang aggiunge, "Ogni parte della cellula, tranne gli elettrodi per ora, può essere depositato a temperatura ambiente, in aria, fuori soluzione. È davvero senza precedenti".

Il sistema è così nuovo che ha anche un potenziale come strumento per la ricerca di base. "C'è molto da imparare sul perché è così stabile. C'è ancora molto da fare, usarlo come banco di prova per la fisica, per vedere perché i risultati a volte sono migliori di quanto ci aspettiamo, " dice Bulovic.

Un compagno di carta, scritto da tre membri dello stesso team insieme a Jeffrey Grossman del MIT, il Professore Associato Carl Richard Soderberg di Ingegneria Energetica, e altri tre, appare questo mese sulla rivista ACS Nano , spiegando più in dettaglio la scienza alla base della strategia impiegata per raggiungere questa svolta in termini di efficienza.

Il nuovo lavoro rappresenta una svolta per Bawendi, che aveva trascorso gran parte della sua carriera lavorando con i punti quantici. "Ero un po' scettico quattro anni fa, " dice. Ma la ricerca del suo team da allora ha chiaramente dimostrato il potenziale dei punti quantici nelle celle solari, Aggiunge.

Arthur Nozik, un professore di chimica dell'Università del Colorado che non era coinvolto in questa ricerca, dice, "Questo risultato rappresenta un progresso significativo per le applicazioni dei film a punti quantici e la tecnologia delle basse temperature, elaborato in soluzione, celle fotovoltaiche a punti quantici. … C'è ancora molta strada da fare prima che le celle solari a punti quantici siano commercialmente valide, ma questo ultimo sviluppo è un bel passo verso questo obiettivo finale".

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.