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Ultra precise nanoparticles to harvest light

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Le nanoparticelle migliorano la conversione della luce in corrente

Ricercatori finanziati dall’UE hanno dimostrato che le proprietà ottiche superiori delle minuscole nanoparticelle semiconduttrici e metalliche possono essere usate nell’energia solare, incrementando l’efficienza delle celle solari e preparando il mercato per un’adozione diffusa.

Energia

Le nanoparticelle offrono una piattaforma materiale flessibile, fornendo nuovi modi di affrontare la conversione della luce solare in elettricità. In particolare, le nanostrutture semiconduttrici, dove almeno una dimensione è sufficientemente piccola da produrre effetti di confinamento quantico, hanno aperto nuove strade per migliorare l’efficienza del processo fondamentale di fotoconversione. Nell’ambito del progetto ULTRA PARTICLE (Ultra precise nanoparticles to harvest light), i ricercatori hanno tentato di ottenere gli incrementi nell’efficienza possibili con punti quantici (QD, quantum dot) e particelle metalliche. L’obbiettivo finale era quello di adattare i QD e le particelle metalliche in modo da far loro assorbire i fotoni nella cella solare con energie in una porzione molto più ampia dello spettro elettromagnetico. Le celle solari saranno quindi in grado di generare più elettricità a partire dalla stessa quantità di luce solare. I QD sono dei nanocristalli semiconduttori confinati in 3D con proprietà uniche derivanti dalla loro composizione, forma e dimensione. La manipolazione delle loro dimensioni modifica sia l’assorbimento che l’emissione dei QD. Ed è precisamente questa possibilità di messa a punto che ha reso i QD così popolari negli schermi per dispositivi elettronici, dagli smartphone ai televisori. Le particelle metalliche risuonano fortemente (plasmone) per un particolare colore della luce, e questo aumenta l’assorbimento ottico nella cella solare semiconduttrice circostante. Con i finanziamenti di ULTRA PARTICLE, i ricercatori hanno acquistato una fonte di aggregati gassosi all’avanguardia per produrre nanoparticelle con dimensioni ben definite e costanti. Dopo averla collegata con un dispositivo esistente per la polverizzazione catodica a film sottile, il team ha ottenuto campioni di nanoparticelle di argento, oro, alluminio, silicio (Si) e germanio depositate su vari substrati. Un’attenta valutazione effettuata usando microscopi a forza atomica e microscopi elettronici a trasmissione ha confermato l’idoneità delle nanoparticelle per la loro integrazione nel Si amorfo. Questo è un primo passo importante verso lo sfruttamento delle nanostrutture metalliche che supportano i plasmoni superficiali localizzati, ovvero eccitazioni degli elettroni di conduzione alle interfacce metallo-dielettrico, per incrementare l’assorbimento della luce solare. Nel frattempo, i ricercatori hanno preparato con attenzione nanoparticelle Si con dimensioni all’interno del limite di confinamento quantico, che era il principale obbiettivo della proposta per la borsa di studio. Le nanoparticelle sono state preparate in quantità sufficienti per produrre film Si sottili formati da nanoparticelle assemblate del tipo necessario per il fotovoltaico a film sottile. I risultati di ULTRA PARTICLE hanno gettato le fondamenta per adattare le proprietà ottiche dei QD in modo da accedere a una gamma più ampia di lunghezze d’onda. Spingere la tecnologia a un’efficienza senza precedenti per le celle solari basate su QD renderà possibile una conversione della luce solare in elettricità più economica, incoraggiando una diffusa adozione da parte del mercato.

Parole chiave

Punti quantici, nanoparticelle, plasmonica, fonte cluster, energia solare, celle solari, ULTRA PARTICLE, silicio

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