Ilaria Rosella Pagliaro Il rivoluzionario materiale quantistico sviluppato alla Lehigh University, che potrebbe trasformare il mondo delle celle solari grazie a un'efficienza quantistica esterna del 190%
Vi siete mai chiesti fino a che punto la tecnologia possa spingersi nell’efficienza delle celle solari? Come sarebbe possibile superare i limiti già noti e stabilire nuovi record nel campo dell’energia rinnovabile? Dai laboratori della Lehigh University negli Stati Uniti arriva una scoperta che potrebbe fare proprio questo, grazie all’ingegno dei fisici Srihari Kastuar e Chinedu Ekuma: un innovativo materiale quantistico che potrebbe rivoluzionare le prestazioni delle celle solari.
Questo materiale, composto da atomi di rame inseriti tra strati bidimensionali di seleniuro di germanio e solfuro di stagno, è stato utilizzato come strato attivo in una cella solare prototipo, dimostrando un assorbimento solare medio dell’80%, una significativa generazione di portatori fotoeccitati e un’efficienza quantistica esterna (EQE) record del 190%. Tale risultato supera notevolmente il limite teorico di efficienza di Shockley-Queisser per i materiali a base di silicio, proiettando il campo dei materiali quantistici per il fotovoltaico verso nuovi vertici.
È fondamentale distinguere l’efficienza quantistica esterna (EQE) dall’efficienza di conversione, più comunemente associata alle prestazioni solari. L’EQE misura il rapporto tra gli elettroni che contribuiscono a una corrente in un circuito esterno e i fotoni incidenti a una determinata lunghezza d’onda. Mentre nelle celle solari tradizionali l’EQE può raggiungere al massimo il 100%, recenti innovazioni hanno permesso di superare tale soglia, con alcuni materiali che generano più di un elettrone per ogni fotone ad alta energia. Il lavoro di Kastua e Ekuma stabilisce un nuovo standard nel settore con un EQE superiore al 100%.
Tecnologia delle celle solari a banda intermedia
Il duo di fisici ha basato il proprio lavoro sulle celle solari a banda intermedia (IBSC), una tecnologia all’avanguardia che promette di trasformare la produzione di energia pulita. Questi sistemi permettono di eccitare i portatori dalla banda di valenza alla banda di conduzione non solo direttamente, ma anche attraverso livelli energetici intermedi creati specificamente all’interno della struttura elettronica del materiale. Questo processo bidimensionale potrebbe innescare la generazione multipla di eccitoni da un singolo fotone, come spiegato da Kastuar ed Ekuma su Science Advances.
I ricercatori hanno sfruttato i gap di Van der Waals, minuscoli spazi tra strati bidimensionali, per inserire atomi di rame tra il seleniuro di germanio e il solfuro di stagno. Questa tecnica di “intercalazione” ha permesso di ottimizzare le proprietà fotovoltaiche del materiale, rendendolo un candidato eccellente per celle solari ad alta efficienza di nuova generazione. Secondo Ekuma, queste celle avranno un ruolo essenziale nell’indirizzare la crescente domanda energetica globale.
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Fonte: Science Advances
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