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Plasmons Generating Nanocomposite Materials (PGNM) for 3rd Generation Thin Film Solar Cells

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Effetto plasmonico per potenziare il rendimento delle celle solari

La nuova generazione di celle solari (CS) deve dimostrare un maggiore rendimento a costi ragionevoli. Alcuni scienziati finanziati dall''UE hanno studiato l''uso delle nubi elettroniche oscillanti attorno a nanoparticelle (NP) metalliche per potenziare l''assorbimento ottico in modo selettivo.

Energia

Le celle fotovoltaiche (FV), o solari, potrebbero entrare in modo imponente nel mercato se aumenta il loro rendimento a costi ridotti. L''eccitazione dei plasmoni nelle CS a film sottile potrebbe essere un metodo promettente per raggiungere questo obiettivo. I plasmoni sono onde elettromagnetiche coerenti e collettive formate dalle oscillazioni di elettroni quasi liberi nell''interfaccia tra due materiali, normalmente un metallo e un dielettrico. Inducendo questo effetto plasmonico attorno alle NP metalliche integrate nei dielettrici è possibile potenziare la cattura della luce a specifiche lunghezze d''onda, aumentando l''efficienza di assorbimento. I partner del progetto SOLAMON ("Plasmons generating nanocomposite materials (PGNM) for 3rd generation thin film solar cells") hanno sviluppato dei blocchi di NP su misura da inserire nei substrati di silicio commerciali a basso costo per generare un effetto plasmonico. Questo inserimento è stato condotto con un nuovo processo di deposizione a temperatura ambiente brevettato per grandi NP. Sono state considerate tre classi di CS a film sottile: una adatta al mercato FV negli edifici (BIPV) e le altre due per prodotti di consumo su scala inferiore. I ricercatori di SOLAMON hanno depositato NP di argento (Ag) sia piccole che di dimensioni superiori, dimostrando un buon controllo e una buona riproducibilità del processo, nonché la capacità di indurre un effetto plasmonico. Sono stati inoltre condotti promettenti esperimenti preliminari con grandi NP metalliche nocciolo-guscio, la cui produzione ha creato due domande di brevetto. È stato usato un software di simulazione integrato per determinare e confrontare le proprietà ottiche dei tre tipi di CS con e senza materiali nanocompositi generati tramite plasmoni (PGNM). Sono stati integrati degli strati di PGNM sui tre tipi e i test preliminari indicano dove sono necessarie ottimizzazioni. In particolare, l''uso di grandi NP nocciolo-guscio supererà le difficoltà tecniche viste durante le fasi di simulazione e analisi. Ora vengono usate CS di 1ª generazione e le CS a film sottile di 2ª generazione sono ancora più competitive in termini di prezzo, ma non presentano il rendimento di conversione desiderato. La tecnologia di SOLAMON indica dove trovare delle opportunità uniche per aumentare il rendimento tramite NP integrate in grado di indurre la risonanza plasmonica per le CS a film sottile di 3° generazione. Il raggiungimento degli obiettivi e la ricerca continua avranno un notevole impatto sul mercato energetico globale.

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