La combinazione di punti quantici e molecole organiche può consentire alle celle solari di catturare più luce solare.

La luce del sole è la nostra fonte più abbondante di energia rinnovabile, e imparare come raccogliere al meglio questa radiazione è la chiave per le future esigenze energetiche del mondo. I ricercatori della KAUST hanno scoperto che l'efficienza delle celle solari può essere potenziata combinando nanocristalli semiconduttori inorganici con molecole organiche.

I punti quantici sono cristalli che misurano solo circa 10 nanometri di diametro. Un elettrone intrappolato dal punto ha proprietà molto diverse da quelle di un elettrone libero di muoversi attraverso un materiale più grande.

"Uno dei maggiori vantaggi dei punti quantici per le tecnologie delle celle solari è la sintonizzabilità delle loro proprietà ottiche, " ha spiegato KAUST Assistant Professor di Scienze Chimiche Omar Mohammed. "Possono essere controllati variando la dimensione del punto quantico".

Mohammed ei suoi colleghi stanno sviluppando punti quantici di solfuro di piombo per la raccolta di energia ottica; questi tendono ad essere più grandi dei punti realizzati con altri materiali. Di conseguenza, i punti quantici di solfuro di piombo possono assorbire la luce su una gamma più ampia di frequenze. Ciò significa che possono assorbire una proporzione maggiore della luce solare rispetto ad altri punti più piccoli.

Per realizzare una cella solare completamente funzionante, gli elettroni devono essere in grado di allontanarsi dalla regione di assorbimento del punto quantico e fluire verso un elettrodo. Ironia della sorte, la proprietà di grandi punti quantici di solfuro di piombo che li rende utili per l'assorbimento a banda larga, un gap di energia degli elettroni più piccolo, ostacola anche questo processo di raccolta di energia. In precedenza, un trasferimento di elettroni efficiente era stato ottenuto solo per punti quantici di solfuro di piombo di diametro inferiore a 4,3 nanometri, che ha causato un taglio nella frequenza della luce convertita.

L'innovazione di Mohammed e del team è stata quella di mescolare punti quantici di solfuro di piombo di varie dimensioni con molecole di una famiglia nota come porfirine. I ricercatori hanno dimostrato che modificando la porfirina utilizzata, è possibile controllare il trasferimento di carica da grandi punti di solfuro di piombo; mentre una molecola disattivava del tutto il trasferimento di carica, un altro ha consentito il trasferimento a una velocità superiore a 120 femtosecondi.

Il team ritiene che questo miglioramento nella capacità di raccolta di energia sia dovuto alle interazioni elettrostatiche interfacciali tra la superficie del punto quantico caricata negativamente e la porfirina caricata positivamente.

"Con questo approccio, ora possiamo estendere la dimensione del punto quantico per un trasferimento di carica efficiente per includere la maggior parte della regione spettrale del vicino infrarosso, raggiungendo oltre il cut-off precedentemente riportato, " ha dichiarato Mohammed. "Speriamo di implementare questa idea nelle celle solari con diverse architetture per ottimizzare l'efficienza".