Grandi novità per il fotovoltaico dall’università di Standford (USA)

Dall’Università di Stanford sta arrivando la cella solare fotovoltaica più sottile mai realizzata e che può abbattere i costi dei pannelli fotovoltaici.

Scienziati di Stanford hanno costruito uno dei migliori captatori di energia solare visibile, così sottile da assorbire la luce.

Tale scoperta basata su nanodimensioni (nano è un prefisso che moltiplica per un fattore 10-9 l’unità di misura a cui è applicato ed equivale a dividere per un miliardo tale misura) potrebbe portare alla realizzazione di celle solari meno costose e più efficienti

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Nell’immagine sopra vediamo come un microscopio elettronico mostra la vista, in sezione trasversale, della superficie assorbente, a film sottile, creata a Stanford.

Vengono visualizzati tre nano punti in  oro, ciascuno di circa 14/17 nanometri (pari a un miliardesimo di metro o ad un milionesimo di millimetro), ricoperti da solfuro di stagno.

Gli scienziati della Stanford University hanno creato questa struttura nano dimensionale, migliaia di volte più sottile di un normale foglio di carta, e che potrebbe ridurre il costo e migliorare l’efficienza delle celle solari.

I loro risultati sono pubblicati nella corrente edizione on line della rivista "Nano Letters".

"Il raggiungimento di un completo assorbimento della luce visibile con una minima quantità di materiale è altamente auspicabile per molte applicazioni, tra cui la conversione di energia solare in combustibile e in energia elettrica", ha detto  Stacey Brent, un professore di ingegneria chimica alla Stanford e membro del team di ricerca. "I nostri risultati dimostrano che è possibile, per un sottilissimo strato di materiale, assorbire quasi il 100 percento della luce incidente di una lunghezza d’onda specifica."

Le celle solari più sottili richiedono meno materiale e quindi costano meno.

La sfida per i ricercatori è quella di ridurre lo spessore della cella senza compromettere la sua capacità di assorbire e convertire la luce solare in energia pulita.

Per lo studio, il team di Stanford ha creato dei film o "cialde” sottili punteggiati da migliaia di miliardi di particelle rotonde d’oro. Ogni Nanopunto oro è stato di circa 14 nanometri di altezza e di larghezza 17 nanometri.

Spettro visibile

Una cella solare ideale può essere in grado di assorbire l’intero spettro della luce visibile, da onde di luce viola lunghe 400 nanometri e da onde rosse di 700 nanometri di lunghezza, così come la luce ultravioletta e infrarossa invisibile.

Nell’esperimento, post dottorato, lo studioso Carl Hagglund e i suoi colleghi sono stati in grado di sintonizzare i nanopunti oro e di assorbire una luce  di onde luminose di colore rosso-arancio, lunghe circa 600 nanometri.

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Questi quattro sottili film contengono la luce-assorbente più sottile mai costruita. Lo strato di assorbitore è costituito da miliardi di nanopunti oro.

Ogni punto rotondo ha un volume equivalente ad una particella piana di oro di 1.6-nanometri di spessore.

"Proprio come una corda di chitarra, che ha una frequenza di risonanza che cambia quando ci si sintonizza. così le particelle di metallo hanno una frequenza di risonanza che può essere messa a punto per assorbire una particolare lunghezza d’onda della luce", ha detto Hagglund, autore principale dello studio. "Abbiamo sintonizzato le proprietà ottiche del nostro sistema per massimizzare l’assorbimento della luce."

I film Nanopunti pieni di oro sono state realizzati in un impianto di Hitachi utilizzando una tecnica chiamata blocco copolimero litografico. Ogni film contiene circa 520 miliardi di nanopunti per pollice quadrato.

Al microscopio, la matrice esagonale delle particelle ricorda  un nido d’ape.

La squadra di Hagglund ha aggiunto un rivestimento a film sottile sulla parte superiore della cialda, utilizzando un processo chiamato deposizione di strati atomici.

 "E ‘una tecnica molto interessante, perché è possibile rivestire le particelle uniformemente e controllare lo spessore del film fino al livello atomico," ha detto. "Questo ci ha permesso di regolare il sistema semplicemente cambiando lo spessore del rivestimento intorno ai puntini".

Precedenti tentativi in questo senso non erano stati messi a punto fino ad ora

Risultati record

I risultati sono stati da record. "I film ricoperti hanno assorbito il 99 per cento della luce rosso-arancio", ha detto Hagglund. "Abbiamo anche raggiunto il 93 per cento di assorbimento nei singoli nano punti.

Il volume di ciascun punto è equivalente a uno strato di oro di 1,6 nanometri di spessore, il che lo rende il più sottile assorbitore di luce visibile su record – Circa 1.000 volte più sottile degli assorbitori sottili disponibili sul mercato

Il passo successivo per il team di Stanford è dimostrare che la tecnologia può essere utilizzata nelle celle solari reali.

"Stiamo ora esaminando le strutture edilizie che utilizzano materiali semiconduttori ultrasottili che possono assorbire la luce del sole", ha dichiarato Bent, codirettore del Stanford  Center su nanostrutturazione per Efficient Energy Conversion (CNEEC)

"Questi prototipi saranno poi testati per vedere come possiamo ottenere in modo efficiente la conversione dell’energia solare."

Nell’esperimento, i ricercatori hanno applicato tre tipi di rivestimenti – solfuro di stagno, ossido di zinco e ossido di alluminio – su differenti matrici a Nanopunti.

"Nessuno di questi rivestimenti assorbe la luce", ha detto Hagglund. "Ma è stato dimostrato teoricamente che se si applica un rivestimento di semiconduttori, è possibile spostare l’assorbimento dalle particelle di metallo per i materiali semiconduttori. Ciò creerebbe portatori di carica energeticamente più longevi, e che potrebbero essere gestiti in un processo utile, come ricavare una corrente elettrica o sintetizzare il carburante ".

Obiettivo finale

L’obiettivo finale, ha aggiunto Bent, è quello di sviluppare celle solari migliorate e dispositivi a combustibile solare, limitando l’assorbimento della luce solare su quantità di materiale realisticamente più piccole possibili.

 "Questo, ovviamente, fornisce un beneficio nel ridurre al minimo il materiale necessario per costruire i dispositivi" ha detto. "Ma l’aspettativa è che potrà essere consentita una maggiore efficienza, in quanto per la progettazione, i portatori di carica potranno essere  prodotti molto vicino a dove vengono installati – cioè, nei pressi di dove saranno raccolti per produrre una corrente elettrica o di guidare un reazione chimica. "

Gli scienziati stanno anche valutando matrici di Nanopunti di metalli meno costosi.

"Abbiamo scelto l’oro perché era chimicamente più stabile per il nostro esperimento", ha detto Hagglund. "Anche se il costo dell’oro era praticamente trascurabile, l’argento è più economico e migliore da un punto di vista ottico, se si vuole fare una buona cella solare. Il nostro dispositivo rappresenta una riduzione in ordine di grandezza degli spessori.".

Altri ricercatori del progetto comprendono per l’ Ingegneria: professor Mark Brongersma ed ex studiosi post-dottorato Isabell Thomann e Han-Bo-Ram Lee da Stanford, e Gabriel Zeltzer e Ricardo Ruiz di Hitachi Global Storage Technologies a San Jose, California

La ricerca è stata sostenuta da CNEEC, un Energy Frontier Research Center finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Un ulteriore supporto è stato fornito dal Marcus e Amalia Wallenberg Foundation 

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di Amedeu

Un commento

  1. Grazie davvero per le interessanti news che proponi. Circa questo articolo sulle nanotecnologie Vi invito a leggere il libro bianco scritto in collaborazione con l’Istituto Superiore di Sanità, in riferimento alle ricerche svolte su questi materiali circa la loro salubrità. Nonostante le conclusioni dicano che devono essere fatte ulteriori ricerche e verifiche, a mio avviso nell’articolo ci sono sufficienti segnali di allarme che dovrebbero mantenerci cauti nell’usarli per non trovarci poi un mondo da smantellare perchè fatto di materiali tardivamente riconosciuti altamente dannosi in grado di entrare nel nostro circolo sanguigno…Per me il rischio è davvero grandissimo e ancora non sufficientemente valutato.
    Cercate nel web Il ” Libro Bianco sull’esposizione a nanomateriali ingegnerizzati e gli effetti sulla salute e sicurezza dei lavoratori” è il risultato di una collaborazione tra più Enti di ricerca (INAIL, ISPESL, Università varie, Istituto Superiore di Sanità), costituenti un “network nazionale” per lo studio sulle Nanotecnologie (NT) e i Nanomateriali (NM )
    Cordiali saluti.

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