Parte dello spettro luminoso sfugge alle celle solari in silicio. La risposta? Nanostrutture metalliche che sfruttano l’effetto plasmoelettrico
(Rinnovabili.it) – Il prezzo dei pannelli si abbassa costantemente, mentre aumenta la potenza che sono in grado di generare. Tuttavia, le celle solari oggi usate per trasformare la luce solare in energia elettrica possono assorbire e utilizzare solo una piccola percentuale di quella luce. Ciò significa che una quantità significativa va sprecata. Ma non per molto: è nata infatti una nuova tecnologia, creata dai ricercatori del California Institute of Technology (Caltech) e descritta in un articolo pubblicato su Science Express.
In un pannello solare tradizionale, gli atomi di silicio vengono colpiti dalla luce del sole e gli elettroni più esterni degli atomi assorbono energia da alcune lunghezze d’onda e vengono eccitati. Una volta assorbita energia sufficiente per saltare dagli atomi di silicio, possono scorrere indipendentemente attraverso il materiale producendo elettricità. L’effetto fotovoltaico è tutto qui, e il problema rimane proprio in quel mancato assorbimento delle lunghezze d’onda che non rientrano nello spettro visibile. Altre porzioni dello spettro luminoso, come l’infrarosso, passano attraverso il silicio senza che vi sia conversione in elettricità, e vanno perse.
«Se metto un modulo fotovoltaico sul mio tetto, il silicio assorbe una certa porzione dello spettro, e parte di quella luce viene convertita in potenza. Ma la resto finisce solo riscaldare il tetto», spiega Harry Atwater, professore di Fisica Applicata e Scienza dei Materiali che ha guidato la ricerca.
Ora, Atwater ei suoi colleghi hanno trovato un modo per assorbire e fare uso di queste onde infrarosse con una struttura composta non di silicio, ma interamente di metallo. La nuova tecnica che hanno sviluppato si basa sulla risonanza plasmonica. Si tratta dell’oscillazione coordinata degli elettroni di superficie di un metallo, nel punto in cui questo incontra l’aria. Atwater ei suoi colleghi hanno scoperto che queste vibrazioni possono essere sintonizzate su lunghezze d’onda diverse da quelle naturali.
«Normalmente in un metallo come l’argento, il rame o l’oro, la densità di elettroni è fissa – illustra Atwater – Ma in laboratorio posso aggiungere elettroni agli atomi di nanostrutture metalliche e dunque caricarle. Quando lo faccio, la frequenza di risonanza cambia».
Le superfici risonanti eccitate possono produrre un potenziale elettrostatico, primo passo per creare energia elettrica. Atwater lavorerà a una cella solare ad effetto plasmoelettrico da utilizzare in tandem con celle fotovoltaiche, in modo da sfruttare una più ampia porzione dello spettro luminoso, che oltre alla luce visibile converte anche l’infrarosso.
