Nanoshell, la via nanoscopica alle celle fotovoltaiche

Il silicio nanocristallino utilizzato finora nella realizzazione di celle fotovoltaiche presentava numerosi inconvenienti, primo fra tutti la limitata capacità di assorbimento della radiazione luminosa. Un nuovo metodo di deposizione di questo materiale, basato su nanosfere cave, promette un notevole avanzamento.
Piccole sfere cave di silicio nanocristallino potrebbero essere la chiave per permettere un notevole risparmio di materiale e di costi di produzione delle celle fotovoltaiche, secondo quanto pubblicato sulla rivista "Nature Communications" a firma di un gruppo di ricercatori della Stanford University.

"Il silicio nanocristalino è un materiale fotovoltaico prezioso: ha un'alta efficienza elettrica e resiste anche alle alte temperature che si creano sotto il sole, e per questi due aspetti è decisamente superiore rispetto ad altri tipi di film solari", ha spiegato Shanhui Fan, professore di ingegneria elettronica e coautore dello studio.

L'inconveniente del silicio nanocristallino tuttavia è sempre stata una limitata capacità di assorbimento della luce, che richiede un complesso processo lavorativo per riuscire a stendere uno spessore di materiale adatto allo scopo.

Le sfere, denominate nanoshell, sono realizzate con piccoli semi di silice rivestiti da uno strato di silicio. Il nucleo vetroso viene successivamente asportato utilizzando acido fluoridrico che lascia inalterato il guscio di silicio: la microstruttura così ottenuta è in grado di catturare e far circolare al proprio interno la luce che vi incide.

Secondo i ricercatori, la luce circola lungo la circonferenza alcune volte, dando il tempo all'energia di essere assorbita gradualmente dal silicio: quanto più rimane intrappolata nel materiale, tanto migliore sarà l'assorbimento. Con una stratificazione successiva, in alcune parti dello spettro si arriva a un incremento addirittura vicino al 75 per cento.

"Le shell sferiche di dimensioni nanoscopiche massimizzano l'efficienza di assorbimento del film: permettono un facile accesso alla radiazione luminosa e poi la intrappolano con modalità sconosciute alle realizzazioni macroscopiche: è il potere delle nanotecnologie", ha commentato Jie Yao, coautore dello studio.

Una volta dimostrato l'incremento di assorbimento, gli ingegneri hanno proceduto a dimostrare i vantaggi della nuova tecnica di produzione. In primo luogo, le nanoshell possono essere realizzate velocemente.

"La deposizione di un film piatto dello spessore di un micron di silicio monocristallino solido può richiedere ore, mentre per le nanoshell che raggiungono simili prestazioni in termini di assorbimento della luce possono sono sufficienti pochi minuti", ha spiegato Yan.

La struttura a nanoshell in effetti utilizza una quantità di materiale notevolmente inferiore: solo un ventesimo rispetto al silicio nanocristallino solido. "Un ventesimo del materiale costa ovviamente un ventesimo e pesa un ventesimo rispetto alo strato solido", ha concluso Jie. "Questa circostanza potrebbe portare a una svolta nella produzione di celle fotovoltaiche con un migliori prestazioni".  
 
Fonte lescienze.it

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