Uno strato di nanocristalli di silicio e ioni di erbio può aiutare le celle solari a estrarre più energia dall'ultravioletto (UV, alta energia) parte dello spettro solare. Fisici sperimentali della Fondazione FOM, la STW Technology Foundation e l'Università di Amsterdam hanno pubblicato questa notizia in Comunicazioni sulla natura il 13 agosto 2014. Quando le celle solari convenzionali a base di silicio assorbono la luce UV, gran parte della sua energia si perde sotto forma di calore. I ricercatori hanno dimostrato che questa energia in eccesso può essere utilizzata per eccitare più ioni di erbio. Questo fa sì che gli ioni emettano luce, che poi può essere convertito in energia elettrica.

Le celle solari convenzionali possono convertire in modo efficiente solo una piccola parte dello spettro solare in elettricità. Le particelle di luce a bassa energia (fotoni) non vengono assorbite, poiché non hanno energia sufficiente per colmare il gap di banda del materiale di cui sono fatte le celle solari. Al contrario, fotoni ad alta energia possono essere assorbiti, ma in pochi picosecondi (10 ^-12 secondi) gran parte della loro energia si trasforma in calore. Ciò limita la massima efficienza a solo il 30 percento.

Veloce ed efficiente

Saba Saeed ei suoi colleghi hanno ora dimostrato che l'efficienza di conversione può essere potenzialmente aumentata utilizzando meglio l'energia contenuta in questi fotoni ad alta energia. Ciò può essere ottenuto con uno strato costituito da biossido di silicio, nanocristalli di silicio (particelle delle dimensioni di un miliardesimo di metro) e ioni di erbio. I nanocristalli di silicio trasferiscono la sua energia in eccesso agli ioni di erbio, prima che si disperda sotto forma di calore. Ciò porta all'emissione di diversi fotoni infrarossi a bassa energia per fotone assorbito, che può produrre elettricità extra. Rispetto ai concentratori di luce solare, che a volte fanno uso anche di metalli delle terre rare come l'erbio, questa tecnica racchiude la prospettiva di una maggiore efficienza.

Shaper spettrale

Sebbene il processo sia stato dimostrato sperimentalmente, non è stato ancora utilizzato in un'architettura fotovoltaica (cella solare). Nel futuro, uno strato di nanocristalli di silicio e ioni di erbio potrebbe essere posizionato sopra le celle solari come "formatore spettrale", per migliorare la loro efficienza. I "formatori spettrali" convertirebbero fotoni UV ad alta energia in diversi fotoni a bassa energia, che può quindi essere utilizzato per generare elettricità in una cella solare.

Lo studio di follow-up si concentrerà su un ulteriore perfezionamento degli strati di conversione modificando le dimensioni e la spaziatura dei nanocristalli di silicio, la concentrazione e il tipo di ione delle terre rare, e ottimizzando lo spessore dello strato. Sarà anche studiato se un tale "sagomatore spettrale" può essere integrato nello strato di rivestimento antiriflesso che copre ogni cella solare.