Ricerca, a Mosca individuato materiale innovativo per fotovoltaico

Condensato di punti quantici, consentirà di abbassare i costi

NOV 20, 2017 -

Roma, 20 nov. (askanews) – Gli scienziati dell’Università nazionale di ricerca nucleare MEPhI di Mosca hanno messo a punto una tecnologia per creare un materiale di tipo nuovo composto da punti quantici – cristalli semiconduttori della misura di alcuni nanometri – che potranno essere impiegati per la creazione di elementi fotovoltaici con costi ridotti rispetto a quelli attuali. I risultati della ricerca, pubblicati dal “Journal of Physical Chemistry Letters”, aiuteranno a costruire batterie solari meno costose che assorbano la luce solare in una gamma spettrale ampia.

Il fondamento degli attuali impianti fotoltavici, che trasformano l’energia del Sole in elettricità, è costituito da materiali inorganici semiconduttori a base di silicio, i quali tuttavia hanno una serie di difetti intrinseci. Anzitutto, – si legge in una nota – il rendimento delle batterie al silicio è limitato: è circa del 20%, dal momento che questi elementi non possono operare sull’intero spettro della luce solare e una parte della radiazione infrarossa passa attraverso di essi senza lasciare traccia. In secondo luogo, la produzione di batterie solari al silicio è un processo complicato e, di conseguenza, costoso. Perciò oggi viene ricercata la possibilità di inserire nelle batterie materiali nuovi e promettenti, in particolare le perovskiti (i cui principi fisici di funzionamento si è cominciato a studiare solo negli ultimi anni), e i semiconduttori organici e nanoibridi.

I nanocristalli semiconduttori (punti quantici) di materiale nanoibrido, realizzato dagli scienziati dell’Università nazionale di ricerca nucleare MEPhI, sono coperti di ligandi, molecole organiche che non permettono ai punti quantici di “incollarsi”. I punti mantengono così le proprie “particolarità individuali”, creando per di più un ambiente compatto che dà la possibilità alla corrente elettrica di passare. Inoltre la conducibilità ha la caratteristica di essere a salto, similmente ai semiconduttori organici (nei quali i salti degli elettroni avvengono non tra punti quantici, ma tra molecole organiche).

“Nel lavoro pubblicato – commenta uno degli autori, professore della cattedra di fisica degli ambienti condensati del MEPhI Vladimir Nikitenko – viene mostrato come il trasferimento della carica e dell’energia nei condensati di punti quantici si possa descrivere con un formalismo comparativamente semplice di modello di acquisizione multipla: ciò semplifica significativamente la questione della simulazione teorica del trasporto, necessaria per l’ottimizzazione delle caratteristiche optoelettroniche dei congegni basati sui condensati di punti quantici”.

Questo il principio innovativo su cui si basa questa tecnologia: cambiando la misura dei punti quantici, si può facilmente operare sulle caratteristiche degli elementi solari (ad esempio allargare lo spettro di assorbimento). La preparazione dei condensati di punti quantici viene effettuata con metodi semplici ed economici, ma per ottenere una copertura di buona qualità è necessario selezionare attentamente le condizioni di realizzazione così come il tipo di molecole organiche che andranno a “cucire” tra loro i punti quantici. All’Università nazionale di ricerca nucleare MEPhI hanno assimilato la tecnologia di sostituzione dei ligandi a temperatura ambiente, il che permette di cambiare la distanza tra i punti quantici e al tempo stesso regolare l’efficacia della trasmissione di energia e carica.

“I materiali nanoibridi con punti quantici possono essere impiegati non solo per la creazione di elementi fotovoltaici o LED, ma anche per strutture semiconduttrici più complesse, ad esempio quelle che poi potranno essere utilizzate per realizzare sensori ultrasensibili di nuova generazione”, commenta Aleksandr Cistjakov, coautore dell’articolo e professore della cattedra di fisica dei micro e nanosistemi dello stesso istituto.