Punti quantici su misura per il fotovoltaico

Il fotovoltaico riduce la dipendenza dai combustibili fossili e riduce perciò le emissioni e minimizza gli effetti sul cambiamento climatico globale. Esso migliora anche la sostenibilità e la sicurezza energetica poiché la luce solare non subisce le ripercussioni delle condizioni geopolitiche. Numerose tecnologie solari sono abbastanza mature, ma un’adozione diffusa da parte del mercato verrà raggiunta solo attraverso delle svolte in grado di portare a importanti riduzioni dei costi.

Il progetto ULTRA PARTICLE (Ultra precise nanoparticles to harvest light), finanziato dall’UE, intende sfruttare gli incrementi dell’efficienza possibili con i punti quantici (QD) per ridurre il costo per unità dell’elettricità. In particolare, gli scienziati stanno adattando i QD in modo che assorbano fotoni con energie in una porzione molto più grande dello spettro elettromagnetico. I dispositivi solari genereranno perciò più elettricità a partire dalla stessa quantità di luce solare.

I QD sono minuscoli semiconduttori su nano scala, dei dispositivi di conversione dell’energia con proprietà uniche derivanti dalle loro dimensioni. La manipolazione di quelle dimensioni modifica lo spettro di assorbimento ed emissione di un QD. Ed è precisamente questa possibilità di effettuare una precisa messa a punto che ha reso i QD così popolari nei display per ogni tipo di dispositivo, dagli smart phone ai tablet e alle televisioni.

Gli scienziati di ULTRA PARTICLE 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 iniziato a produrre i primi campioni di nanoparticelle di argento (Ag), silicio (Si) e germanio depositate su vari substrati.

Un’attenta valutazione ha confermato la promettente morfologia, quindi i ricercatori hanno iniziato a integrare nanoparticelle di Ag in Si amorfo. Questo è un passo importante sulla strada verso lo sfruttamento delle proprietà plasmoniche delle nanoparticelle metalliche che consente loro di avere accesso a una gamma più ampia di lunghezze d’onda.

Nel frattempo, il team è riuscito a preparare nanoparticelle di Si con dimensioni che non superano il limite di confinamento quantico, che rappresentava il principale obbiettivo della proposta per la borsa di studio. Inoltre, i ricercatori le hanno preparate in quantità sufficienti per produrre film sottili formati da nanoparticelle assemblate del tipo necessario per il fotovoltaico a film sottile.

Con questo risultato, i ricercatori hanno ora iniziato a personalizzare le dimensioni dei QD in modo da riuscire ad accedere a qualsiasi parte dello spettro elettromagnetico solare. Un’efficienza più elevata renderà possibile una più economica produzione di elettricità fotovoltaica, incoraggiando un’adozione ampia da parte del mercato con importanti benefici per consumatori, produttori e per il pianeta.