Celle solari ultrasottili create grazie a materiali 2D

Poco dopo che è stato scoperto il grafene nel 2004, una serie di altri materiali bidimensionali (2-D) sono apparsi, molti meritevoli della stessa attenzione. Ormai, l’elenco è cresciuto fino a un vero e proprio catalogo di materiali 2-D.

Celle fotovoltaiche ultra sottili create grazie a materiali 2D

La storia di questi materiali 2-D sarà in definitiva su quanto bene possono adattarsi alle diverse applicazioni che consideriamo per loro oggi, o che potremo scoprire in futuro. Di queste applicazioni nessun area è stata perseguita come il fotovoltaico (FV).

Una nuova interessante applicazione potenziale del grafene è nella creazione di ciò che è noto come cellule a “vettori caldi” in cui il grafene, dopo l’assorbimento di un fotone, è capace di generare elettroni multipli invece di uno solo. Ma l’obiettivo principale di applicare il grafene al fotovoltaico è stato come sostiture l’ossido di indio e stagno (ITO) utilizzato negli elettrodi di celle solari organiche.

Ora i ricercatori del MIT stanno guardando materiali 2-D, come il disolfuro di molibdeno e molibdeno diselenide, per creare i pannelli fotovoltaici più sottili e leggeri mai realizzati. Mentre questo non può produrre la più alta efficienza di conversione di energia o essere il materiale più economico per il fotovoltaico- le due metriche più importanti -si aspettano che la loro leggerezza dovrebbe creare qualche possibilità in questa applicazione.

Le capacità di conversione dell’energia del grafene non sono quello che voi chiamereste impressionanti, e più in generale, i materiali bidimensionali in realtà non competono con il 18-19 per cento d’efficienza di conversione delle celle al silicio standard già presenti sul mercato. Ma nella ricerca, che è stata pubblicata sulla rivista Nano Letters (“Extraordinary Sunlight Absorption and 1 nm-Thick Photovoltaics using Two-Dimensional Monolayer Materials“), il team del MIT ha dimostrato che se si accatastano solo tre fogli uno sopra l’altro , una pila 1 nm di spessore può assorbire fino al 10 per cento della luce solare incidente, che è un ordine di grandezza superiore rispetto arseniuro di gallio e silicio. Mentre l’efficienza di conversione reale è ancora piuttosto bassa all’1 per cento, esso corrisponde a densità di potenza da 100 a 1000 volte superiori alle migliori celle solari ultrasottili esistenti.

“Impilando alcuni strati potrebbe consentire una maggiore efficienza, una che compete con le altre tecnologie a celle solari consolidate”, ha dichiarato Marco Bernardi, dipendente nel Dipartimento di Scienza dei Materiali del MIT, in un comunicato stampa.

Jeffrey Grossman, Professore Associato di Ingegneria Energetica al MIT e autore senior dello studio, ha aggiunto nel comunicato: “E’ da 20 a 50 volte più sottile della più sottile cella solare che può essere prodotta oggi. Non si può fare una cella solare più sottile.”

A paragone la cella fotovoltaica qui mostrata può essere considerata "spessa"
A paragone la cella fotovoltaica qui mostrata può essere considerata “spessa”

Se lo spessore e la leggerezza si tradurrà in qualcosa che il mercato domanda resta da vedere. Il problema, come i ricercatori sembrano ammettere, è che a questo punto non vi è alcun modo per produrre disolfuro di molibdeno e molibdeno diselenide in grandi quantità. Fino a quando saranno sviluppate tecniche di lavorazione che rendono questo possibile-ed economico-le celle solari più sottili di tutte probabilmente rimarranno una curiosità di laboratorio.

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