Idrogeno dall’energia solare, un altro passo avanti per la ricerca

Nano particelle d’oro plasmoniche: questa la ricetta di un team della Rice University per sfruttare l’energia degli "elettroni caldi" nella produzione di idrogeno dall’acqua

(Rinnovabili.it) – Arriva direttamente dalla Rice University un nuovo ed efficace modo per catturare l’energia dalla luce solare e convertirla in carburante pulito. Un team di ricercatori del laboratorio di Nanofotonica dell’Ateneo ha descritto l’originale procedimento sulla rivista scientifica Nano Letters, rivelando il segreto del proprio processo: una speciale configurazione di nano particelle d’oro attivata dalla luce. Il sistema, spiegano gli ingegneri che hanno lavorato al progetto, migliora il tempo di cattura dell’energia di quelli che nell’ambiente vengono chiamati hot electrons, elettroni altamente eccitati creati quando un fotone ad alta energia colpisce un semiconduttore. In questo caso, anzichè formare la coppia elettrone di conduzione –lacuna di valenza, la particella riceve energia sufficiente per lasciare la banda di valenza, superando la banda di conduzione.

Questo fa sì che l’energia ad essi associata si dissipi velocemente sotto forma di calore, diminuendo l’efficienza di conversione dei dispositivi fotovoltaici. “Gli elettroni caldi hanno il potenziale per guidare reazioni chimiche molto utili, ma decadono molto rapidamente, e la gente ha lottato per anni al fine di sfruttare la loro energia”, ha spiegato la ricercatrice Isabell Thomann della Rice University. “Per esempio, la maggior parte delle perdite energetiche nei migliori moduli fotovoltaici oggi sul mercato, sono il risultato di elettroni caldi che si raffreddano in frazioni di secondo e rilasciano la loro energia come calore”.

Per utilizzare gli elettroni caldi, la squadra di Thomann ha per prima cosa escogitato un modo per separarli rapidamente dai rispettivi “buchi”. Nel dettaglio è stata messa a punto una barriera energetica che agisse come una valvola unidirezionale. “La nostra configurazione si comporta come un setaccio o una membrana. I buchi di valenza possono passarvi attraverso, ma gli elettroni caldi no, di modo tale che rimangano disponibili sulla superficie della cella”.

La configurazione è costituita da tre strati di materiali: la parte inferiore è costituita da un sottile foglio di alluminio lucido che viene ricoperto da strato trasparente di ossido di nichel, e quindi cosparso di nanoparticelle di oro plasmoniche; quest’ultime creano un forte campo elettromagnetico e concentrano la luce in modo da farla assorbire meglio. Ma non solo. Le piccole strutture d’oro fungono anche da catalizzatori del processo di scissione dell’acqua in ossigeno e idrogeno, alleggerendo la lista di componenti necessari.

“Utilizzando le tecnologie solari di elettrolisi con elettroni caldi abbiamo misurato l’efficienza della foto corrente generata ed è risultata alla pari con strutture molto più complesse che utilizzano anche componenti più costosi”, ha affermato Thomann. “Siamo certi che possiamo ottimizzare il nostro sistema per migliorare significativamente i risultati di oggi”.