Nano-antenne in silicio per il fotovoltaico in perovskite
(Rinnovabili.it) – Creata una nuova “strada” per aumentare l’efficienza del fotovoltaico in perovskite. Un gruppo di ricercatori della Scuola di Fisica e Ingegneria dell’ITMO, in Russia, e dell’Università di Roma Tor Vergata, ha messo a punto una speciale pasta in grado di migliorare le interazioni luce-materia; e, in questo modo, aumentare la produzione di elettricità nelle celle solari. Il fulcro della nuova ricerca, pubblicata in questi giorni su Nano Energy, sono le proprietà dimostrate dalle nanoparticelle di silicio. Studi recenti hanno mostrato come le nano e le microstrutture di silicio mostrino risonanze elettriche e magnetiche nel regime ottico (chiamate risonanze Mie), grazie a cui è possibile controllare la luce su scala piccolissima scala. In altre parole, possono funzionare come nanoantenne, amplificando l’assorbimento luminoso e la generazione di fotocorrente.
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Gli esperimenti sono stati condotti su perovskiti ad alogenuri (MAPbI3), che sono le più diffuse e studiate nel campo del fotovoltaico. Si tratta di materiali molto promettenti, ma il cui strato fotoattivo risulta solo di circa 300-600 nanometri. Strati così sottili non possono assorbire tutta la luce in entrata, ma allo stesso tempo non possono essere resi più spessi, “disperdendo” la luce e causando perdite di energia.
Per aumentare l’efficienza del fotovoltaico in perovskite è possibile migliorare la raccolta di carica o aumentare l’assorbimento della luce. Il team ha approcciato al problema scegliendo la seconda via. Tuttavia, per sfruttare le proprietà risonanti delle nanoparticelle di silicio, i ricercatori hanno dovuto condurre una serie di calcoli teorici e costruire un modello che tenesse conto delle proprietà elettrofisiche e ottiche di tutti gli strati una volta sottoposti a radiazioni e tensioni esterne. Quindi hanno messo a punto la loro pasta a base di biossido di titanio e nanoparticelle di silicio; e l’hanno adattata al tradizionale metodo di rivestimento a rotazione delle celle.
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“Abbiamo posizionato le nanoparticelle nello strato successivo alla perovskite: in questo modo sono più vicine alla fonte di luce e funzionano come antenne in modo più efficiente”, afferma Aleksandra Furasova, prima autrice dell’articolo. Le particelle risonanti hanno permesso agli scienziati di portare l’efficienza delle celle fino al 21%.