Efficienti celle solari a pozzi quantici

Anche se il fotovoltaico a concentrazione è una promettente possibilità per un’energia solare più efficiente, i costi elevati rimangono una barriera fondamentale per un’adozione diffusa. Ottimizzare le prestazioni delle componenti della nanotecnologia dovrebbe aiutare a ottenere un ulteriore miglioramento dell’efficienza e dovrebbe accelerare un ampio uso di questa tecnologia.

Energia

Il fotovoltaico a concentrazione comporta l’uso di lenti e specchi ricurvi che concentrano la luce solare su piccole, ma altamente efficienti, celle solari multigiunzione. Secondo quanto è stato riferito, queste strutture altamente efficienti convertono oltre il 40 % della luce solare in elettricità. Tuttavia, un fattore importante è l’incapacità di alcune celle solari di estrarre tutta l’energia del Sole a causa delle ampie bande proibite che alcuni materiali presentano. Le celle solari a pozzi quantici, che aumentano l’efficienza della cella solare intrappolando l’energia solare nei pozzi quantici, sono state recentemente approvate quali valide componenti per le celle solari multigiunzione. Tali celle solari sono in grado di superare le limitazioni presenti nelle celle solari multigiunzione consentendo una regolazione flessibile della banda proibita, mantenendo allo stesso tempo una struttura cristallina e proprietà ottiche ed elettriche buone. Nell’ambito di PHOTOQWELL (Photonic optimisation of multiple quantum well structures for single and dual- junction solar cells), i ricercatori miravano a migliorare ulteriormente l’efficienza delle celle solari a pozzi quantici multipli (MQW). I ricercatori sono riusciti a sviluppare degli strumenti computazionali per ottimizzare le prestazioni delle celle solari MQW. Mediante la simulazione delle proprietà di trasporto delle strutture MQW, essi hanno scoperto che le strutture a pozzi quantici formate da strati multipli offrivano la possibilità di avere un maggiore assorbimento della luce. Inoltre, la posizione dei pozzi quantici all’interno della cella solare giocava un ruolo centrale nell’efficienza di raccolta del vettore. Molto poco nota era la forte dipendenza delle proprietà della MQW dalla mobilità del vettore attraverso i pozzi quantici. Una scoperta eccitante, che non era mai stata riportata nel contesto delle celle solari, era che i pozzi quantici si comportavano come fili quantici. Sottili strati di semiconduttori erano affetti da gravi modulazioni dello spessore e formavano delle strisce di sezione triangolare in una direzione particolare. Un’analisi dettagliata delle loro proprietà ha dimostrato che i vettori fotogenerati sopravvivevano senza ricombinazione per periodi più lunghi (10 volte più a lungo) rispetto a quanto non avviene nei pozzi quantici. Sulla base di questa scoperta, i ricercatori hanno valutato l’utilizzo dei fili quantici per aumentare la raccolta del vettore. Migliorando le prestazioni delle celle solari MQW, i ricercatori aprono la strada a efficienze di conversione più elevate, rendendo il fotovoltaico a concentrazione un’opzione attuabile. Inoltre, le eccitanti e stimolanti proprietà dei fili quantici offrono l’opportunità di esaminare nuovi concetti nelle celle solari.