Celle solari: la soluzione nello spin degli elettroni

Si chiamano celle solari organiche, una nuova classe di celle solari che imita il processo naturale di fotosintesi delle piante e che potrebbero rivoluzionare le energie rinnovabili, ma al momento non hanno ancora un’efficienza sufficiente per competere con le celle di silicio commerciali più costose.

Crediti: Dr. Akshay Rao

Attualmente, le celle solari organiche possono raggiungere fino al 12 per cento dell’efficienza nel trasformare la luce in elettricità, rispetto al 20 – 25 per cento delle celle a base di silicio.

Ora, i ricercatori hanno scoperto che manipolando lo spin degli elettroni in queste celle solari si migliorano notevolmente le prestazioni, fornendo un passo avanti fondamentale nella ricerca di tecnologie a basso costo e ad alte prestazioni per l’energia solare.

Lo studio, condotto dai ricercatori delle Università di Cambridge e di Washington, è pubblicato oggi sulla rivista Nature.

Le celle solari organiche replicano la fotosintesi utilizzando molecole di grandi dimensioni, a base di carbonio per raccogliere la luce solare al posto dei semiconduttori inorganici utilizzati nelle celle solari commerciali, a base di silicio. Queste cellule organiche possono essere molto sottili, leggere e altamente flessibili, consentendo processi di produzione molto più veloci e più economici rispetto alle celle solari attuali.

La difficoltà più grande per gli scienziati, fino ad ora, è stata però capire perché alcune delle molecole funzionano inaspettatamente bene, mentre altre no.

I ricercatori del Cavendish Laboratory di Cambridge tracciando il movimento e l’interazione degli elettroni in queste cellule, hanno scoperto che le differenze di prestazione tra i materiali potrebbero dipendere dallo spin degli elettroni, una loro proprietà quantistica legata al momento angolare.

I ricercatori hanno scoperto che disponendo gli spin degli elettroni in un modo specifico, possono bloccare la ‘ricombinazione’ ( un fenomeno per cui gli elettroni perdono la loro eccitazione) e aumentare così la corrente dalla cella.

“Questa scoperta è molto emozionante, perché possiamo sfruttare la fisica  per migliorare le celle solari, qualcosa che prima non pensavamo fosse possibile. Presto vedremo materiali e celle solari che usano questi principi” , ha detto il dottor Akshay Rao, ricercatore del Cavendish Laboratory and Corpus Christi College, di Cambridge, che conducono lo studio con i colleghi Philip Chow e il dottor Simon Gélinas.

Secondo i ricercatori questa scoperta potrebbe condurre a realizzare il sogno della grande distribuzione delle celle solari, permettendo una produzione a basso costo e alta efficienza. Inoltre la scoperta potrebbe portare alla realizzazione di display per telefoni cellulari e televisori più efficienti.