Punti quantici non tossici per celle solari efficienti

LOS ALAMOS – Celle solari efficienti, non tossiche e a basso costo sfruttando una serie di punti quantici (quantum dots) fatti di rame. Sembra possibile secondo uno studio condotto dal Los Alamos National Laboratory e dalla Sharp Corporation, pubblicato oggi sulla rivista Nature Communications.

“Per la prima volta abbiamo certificato le prestazioni di un punto quantico sensibilizzato a guisa di cella solare, e i risultati raggiungono più del 5% di efficienza, uno dei dati più alti riportati per ogni cella solare fino ad oggi”, ha spiegato Hunter McDaniel, coautore dello studio. “La natura robusta di questi dispositivi apre la possibilità per la commercializzazione di questa tecnologia emergente a basso costo e a bassa tossicità”.

Cella fotovoltaica in silicio. (Crediti: Wikipedia.org).

Come aumentare l’efficienza delle celle solari sfruttando la nanotecnologia e le proprietà quantistiche della materia? Più precisamente, come convertire l’energia solare in energia elettrica? Un metodo molto usato consiste nell’inserire nelle celle solari una membrana di nanofili do ossido di zinco che, frapposta tra una pellicola assorbente e i punti quantici inseriti in una coltre di nanofili, si rivela un ottimo veicolo di trasferimento, assorbimento e conversione dell’energia solare.

Un punto quantico (quantum dot) è una nanostruttura formata da materiali conduttori. In particolare, ogni punto quantico è formato dall’inclusione di un materiale semiconduttore (con una determinata banda proibita) e con dimensioni tipiche comparabili alla lunghezza di De Broglie all’interno di un altro semiconduttore con banda proibita di dimensioni maggiori di quella interna. 

Le celle solari di questo tipo non sono ancora sufficientemente efficienti. Per ovviare a questo problema, ecco che compare sulla scena una nuova generazione di punti quantici molto efficienti e non tossici (nel senso che non contengono né piombo né cadmio, come invece accade nei punti quantici maggiormente utilizzati in questo settore industriale). I materiali più usati sono indio e seleniuro di rame, e sono rigorosamente ottimizzati per ridurre le perdite di carica e i difetti superficiali, in modo da raggiungere l’obiettivo di coprire quasi interamente lo spettro solare.

“Le nuove celle solari sono state certificate dal National Renewable Energy Laboratory ( NREL ) e hanno dimostrato un’efficienza di conversione record per questo tipo di dispositivi “, ha precisato Victor Klimov, direttore del Center for Advanced Solar Photophysics ( SP , http://casp.lanl.gov/). Come ho accennato all’inizio, oltre alla CASP e al DOE Energy Frontier Research Centers (EFRC), questa ricerca è stata condotta in collaborazione con la Sharp Corporation. Ulteriori informazioni sono disponibili a questo link: http://quantumdot.lanl.gov/.