Nanomateriali per celle solari potenziate
Multistrati di nanocristalli (NC) di silicio (Si) in una matrice dielettrica consentono la progettazione di gap di banda grazie al controllo di dimensioni e densità dei nanocristalli. Ciò consente la fabbricazione di celle solari con un gap di banda ottimizzata, comprese le strutture tandem. Queste combinano più celle con diverse bande di assorbimento e sono costituite da materiali non tossici e abbondanti, compatibili con la tecnologia di elaborazione del silicio. Il progetto NASCENT ("Silicon nanodots for solar cell tandem"), finanziato dall'UE, ha realizzato nuove celle solari in tandem interamente in silicio, con un materiale con gap sintonizzabile come assorbitore principale della luce solare. Per quest'ultima parte, il progetto ha fabbricato con successo quantum dot di nanocristalli di silicio. La comprensione dei meccanismi di trasporto e ricombinazione elettrici in questi nanomateriali di nuova concezione è stato fondamentale per realizzare le strutture di celle solari in tandem adatte. Per contribuire a questo, gli scienziati hanno usato metodi avanzati di modellazione e caratterizzazione di nanocristalli di silicio attivi e il materiale della matrice. Grazie a questi il team ha compreso meglio la relazione tra i parametri di crescita, le proprietà elettriche e ottiche e le proprietà del dispositivo. Queste informazioni sono state utilizzate per migliorare la qualità del materiale del quantum dot attraverso lo sviluppo di trattamenti post-deposizione più efficaci (ricottura per difetto e passivazione dell'idrogeno) per gli strati dell'assorbitore. Ha inoltre contribuito a migliorare i processi di crescita dei materiali, portando a una densità di difetti molto più bassa all'interno del materiale. Le attività del progetto hanno portato allo sviluppo di dimostratori di celle solari. I ricercatori sono stati in grado di determinare l'influenza delle tecnologie sviluppate sul rapporto costo-efficacia delle celle solari. In servizio, le nuove celle solari supereranno i limiti di efficienza di quelle tradizionali, raggiungendo oltre il 20 %. Dal canto suo, la maggiore efficienza comporterà minori emissioni di anidride carbonica e migliore qualità dell'aria per i cittadini dell'UE.
Parole chiave
Nanomateriale, cella solare, silicio, nanocristallo, matrice dielettrica, progettazione di gap di banda, struttura tandem, nanodot di silicio, quantum dot, ricottura per difetto, passivazione dell'idrogeno, crescita materiale
