Queste tecnologia aumenta l'efficienza delle celle solari oltre i limiti tradizionali

Un team di ricercatori della Kyushu University, in collaborazione con la Johannes Gutenberg University, ha sviluppato una tecnologia innovativa che potrebbe migliorare significativamente l'efficienza delle celle solari. Il sistema, basato su un meccanismo chiamato "spin-flip", ha raggiunto una resa quantica del 130%, un risultato che, a prima vista, sembra contraddire i principi fondamentali della fisica.

In realtà, non si tratta di una violazione della legge di conservazione dell'energia. Il valore del 130% si riferisce alla resa quantica, cioè al numero di portatori di carica generati per ogni fotone assorbito, e non all'energia prodotta. In altre parole, il sistema riesce a generare più eccitoni rispetto ai fotoni in ingresso, senza creare energia dal nulla.

Nelle celle solari tradizionali, basate sul silicio, un fotone genera al massimo un eccitone. Tuttavia, a causa delle differenze energetiche tra i fotoni, molta energia viene dispersa sotto forma di calore. Questo limite è descritto dal cosiddetto limite di Shockley-Queisser, che fissa l'efficienza massima teorica delle celle a circa il 33%.

Il nuovo approccio del sistema "spin-flip"

Il nuovo approccio sfrutta un fenomeno noto come fissione di singoletto, in cui un eccitone ad alta energia può dividersi in due eccitoni a energia più bassa. In teoria, questo processo permette di raddoppiare i portatori di carica generati da un singolo fotone. Tuttavia, finora era difficile catturare questi eccitoni extra prima che venissero persi.

La svolta arriva grazie a un complesso a base di molibdeno con proprietà "spin-flip", capace di intercettare selettivamente questi eccitoni. Durante il processo, gli elettroni cambiano spin, permettendo al sistema di evitare meccanismi concorrenti come il trasferimento di energia di Förster, che normalmente disperdono l'energia. Il risultato è una maggiore efficienza nella conversione dei fotoni ad alta energia, in particolare quelli della luce blu, che nelle celle tradizionali generano perdite termiche.

In prospettiva, questa tecnologia potrebbe portare le celle solari a efficienze comprese tra il 35% e il 45%, superando significativamente i limiti attuali. Va però sottolineato che la ricerca è ancora in fase iniziale. I risultati, pubblicati sul Journal of the American Chemical Society, derivano da esperimenti condotti a livello molecolare in soluzione, e non da dispositivi reali pronti per l'uso.