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mercoledì 14 dicembre 2011

Nanocristalli di silicio e dendrimeri per un fotovoltaico di nuova generazione.



Fonte immagine: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Dendrimer_ChemEurJ_2002_3858.jpg/230px-Dendrimer_ChemEurJ_2002_3858.jpg


Nella fisica dei semiconduttori, una banda proibita indiretta, detta anche bandgap indiretta, è una banda proibita nella quale l'energia minima nella banda di conduzione è spostata di un vettore k relativo alla banda di valenza. I semiconduttori che posseggono una banda proibita indiretta sono inefficienti nell'emissione di luce, perché ogni elettrone presente nella banda di conduzione si assesta velocemente all'energia minima di quella banda, e pertanto l'elettrone non può riguadagnare la banda di valenza per ricombinazione radiante.
Quindi, per quanto detto, si può affermare che il silicio cristallino è un semiconduttore inefficiente per le applicazioni energetiche, quali quelle legate alla conversione fotovoltaica di radiazione solare in energia elettrica. Da qualche lustro la ricerca fondamentale ha individuato nuovi filoni di studio che potrebbero avviare lo sviluppo di una nuova tecnologia fotovoltaica di terza generazione a base silicio (così come una nuova tecnologia integrata micro-/opto-elettronica e fotonica). Questa prospettiva si basa sui fenomeni di confinamento spaziale della funzione d’onda elettronica, così come osservati in nano cristalli di silicio. Il confinamento spaziale modifica in modo radicale la struttura elettronica del nano-sistema, eliminando la presenza della gap elettronica indiretta. Questa eliminazione della gap elettronica indiretta contribuisce ad aumentare l’efficienza di assorbimento del materiale intrinseco. Per ottimizzare sia le proprietà elettriche che quelle ottiche del nuovo e futuribile materiale, si deve ricorrere ai dendrimeri. Il dendrimero [dal greco déndron, albero+méros, parte] è un tipo di polimero a struttura ramificata, tale da ricordare la parte superiore di un albero (la chioma privata delle foglie). La struttura dei dendrimeri si estende sulla scala nanometrica (tipicamente da 1 a 100 nm). L’interazione tra i due materiali descritti, ovvero i nano cristalli di silicio ed i dendrimeri, ha notevoli possibilità di esaltarne le rispettive proprietà, in modo da realizzare un materiale fotovoltaico con un’efficienza maggiore di quella attualmente disponibile, che si aggira solitamente attorno al 15%. I vantaggi di questa nuova generazione di fotovoltaico possono essere sintetizzati dall’ auspicabile miglioramento delle proprietà elettriche (trasporto e cariche) e ottiche (assorbimento e raccolta di luce) rispetto ai wafer di silicio attualmente utilizzati e commercializzati. Un altro vantaggio è l’utilizzo di materiali meno pericolosi, perché tra le possibili alternative per il solare di terza generazione, alcuni ricercatori stanno studiando l’utilizzo di nanocristalli di seleniuro di cadmio (CdSe), con la controindicazione ambientale che il cadmio a differenza del silicio è molto più tossico.


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