Migliorare l’efficienza dei materiali per le celle solari sfruttando la meccanica quantistica: è il progetto dell’Università di Houston che, in collaborazione con l’Università di Montréal, sta testando un nuovo modello per migliorare i materiali usati per l’energia solare, incentrato su miscele di polimeri e fullereni.

Lo studio, apparso sulla rivista scientifica Nature Communications, potrebbe rivoluzionare la produzione dei materiali semiconduttori utilizzati per l’energia fotovoltaica. Le celle solari attualmente in produzione, basate sui semiconduttori organici, raggiungono un’efficienza del 3% circa: la miscela di fullereni e polimeri raggiunge quella del 10%.

Secondo i professori Eric Bittner e Carlos Silva la meccanica quantistica potrebbe permettere un salto qualitativo nella produzione di questi materiali. Bittner ha spiegato:

C’è un limite teorico che descrive l’efficienza ideale di una cella solare, chiamato limite di Shockley-Queisser. Il nuovo metodo spiega come ottenere un risultato al di sopra di questo limite, approfittando degli effetti della meccanica quantistica. Una volta compresi questi effetti, crediamo sia possibile migliorare notevolmente la progettazione di una cella solare, aumentandone l’efficienza.

Nei semiconduttori polimerici, secondo i professori, la struttura elettronica del materiale è in stretto contatto con il movimento vibrazionale all’interno della catena polimerica:

Gli effetti meccanico-quantistici dovuti all’accoppiamento vibrazionale danno luogo a una serie di effetti fisici che possono essere studiati e controllati, per migliorare l’efficienza delle celle solari, costruendo materiali che li sfruttino a pieno.

Il team, finanziato dalla fondazione Robert Welch, dalla National Science Foundation e dal National Sciences and Engineering Research Council canadese, cerca adesso collaborazioni con ricercatori esperti nella fabbricazioni delle miscele polimeriche per le celle solari. Silva ha concluso:

Il nostro modello teorico permette di ottenere risultati impossibili da ottenere con un modello molecolare. Dal momento che è un modello matematico, ci permette di guardare ad un sistema molto più grande con migliaia di molecole.

30 gennaio 2014
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