Le comuni celle solari in silicio cristallino possono accedere solo a circa la metà dello spettro solare totale per la conversione dell'energia luminosa in elettricità. Alla ricerca di materiali più efficaci, Gli scienziati cinesi hanno ora combinato tre cristalli di solfuro semiconduttori in un sistema fotovoltaico nanostrutturato ternario che assorbe l'irradiazione dalle regioni ultraviolette a quelle vicine all'infrarosso. Come riportano sul giornale Angewandte Chemie , i nanorod convertono efficacemente l'energia luminosa a spettro completo in corrente elettrica. Questa scoperta segna un nuovo livello nello sviluppo di celle solari più efficienti.
Il materiale fotovoltaico più comunemente usato oggi è il silicio cristallino, ma assorbe efficacemente la luce solare solo nella regione visibile. Altri materiali semiconduttori coprono regioni leggermente diverse dello spettro solare, ma i materiali fotovoltaici più efficienti sarebbero chiaramente quelli che includono ogni regione dall'ultravioletto all'infrarosso. Shu-Hong Yu e Jun Jiang e i loro collaboratori presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina a Hefei hanno ora introdotto un sistema nanostrutturato composto da tre cristalli di solfuro. Il materiale ibrido ternario di zinco, cadmio, e i solfuri di rame assorbono efficacemente l'ultravioletto, visibile, e nel vicino infrarosso, e la struttura segmentata nodo-guaina delle minuscole aste fornisce l'allineamento ideale della banda di energia per un efficace accumulo di portatori di carica.
La base di questo sistema di fotoraccolta sono barre nanometriche di solfuro di zinco su cui si depositano guaine cristalline di solfuro di cadmio come una composizione di perle. La base di solfuro di zinco fornisce l'assorbimento UV, mentre il solfuro di cadmio copre la regione della luce visibile. Come terzo componente per l'assorbimento IR, gli scienziati hanno scelto nanocristalli di solfuro di rame con carenze di rame, poiché è noto che questo materiale presenta un tipo speciale di assorbimento nella regione del vicino infrarosso chiamato risonanza plasmonica di superficie. "Questi eteronanorodi assorbono quasi l'intero spettro dell'energia solare, " riferiscono gli scienziati.
Per testare la funzionalità dei nanorod, gli scienziati hanno misurato le loro prestazioni in una cella fotoelettrochimica di scissione dell'acqua. Con illuminazione a spettro completo, la risposta fotocorrente è stata pronunciata, che è stata una prima prova sperimentale per il successo della progettazione del loro materiale fotovoltaico. Uno dei risultati cruciali di questo lavoro, però, è stata la corretta regolazione delle eterogiunzioni sensibili che collegano le diverse strutture semiconduttrici per allineare i gap energetici dei materiali semiconduttori. "Un tale allineamento sfalsato consente la separazione degli elettroni fotogenerati e delle lacune nella nanostruttura ibrida ternaria, " affermano gli autori. Sebbene debbano essere eseguiti ulteriori esperimenti, questo sistema semiconduttore ternario può essere considerato un passo importante verso una nuova generazione di celle solari efficienti che coprono i colori dell'arcobaleno e oltre.
