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I metamateriali per migliorare le celle solari

Solar materials

Un gruppo di ricercatori di Caltech ha creato materiali che potrebbero migliorare l'efficienza delle celle solari, lo studio riguarda la progettazione di materiali che possono infrangere la luce visibile da angolazioni inusuali ma precise, indipendentemente dalla sua polarizzazione. Gli scienziati stanno facendo in modo che questi materiali siano perfettamente trasparenti, almeno nel rivestimento della cella solare, in modo che tutti i raggi del sole siano diretti nella zona attiva per migliorare la produzione di energia solare.
Il ricercatore Caltech Stanley Burgos ha utilizzato un fascio di ioni focalizzati al microscopio per esaminare un nuovo metamateriale. La sua struttura microscopica, visibile sullo schermo del computer, può essere ottimizzata per interagire con la luce in modi non ancora applicati.
Molti altri gruppi stanno lavorando su nuovi rivestimenti antiriflesso per la cella solare, nella speranza di ricevere più luce nelle.

Il gruppo di Caltech, che include Harry Atwater, professore di fisica applicata e scienza dei materiali, e ricercatore Stanley Burgos, sta affrontando il problema con precisione certosina nello studio della struttura della materia, lavorando su scale micro e nano, e creando "metamateriali", che mostrano proprietà ottiche che sono non si trovano in natura. Nei lavori più recenti, Atwater e i suoi collaboratori hanno testato un materiale che controlla con precisione il percorso della luce visibile, indipendentemente dalla polarizzazione della.
I metamateriali Caltech consistono in un film di metallo di alcune centinaia di nanometri di spessore. I film si sviluppano con cavità circolari, ognuna delle quali circonda una colonna wirelike fatta dello stesso materiale. Lo spazio tra il filo e la parete della cavità viene riempito con un altro metallo. A seconda delle dimensioni dei modelli, le curve rifrangono la luce di diversi colori in misura diversa. Atwater dice che l'obiettivo del suo progetto è quello di fare film con un indice di rifrazione esattamente uguale a quella dell'aria.

Tale materiale potrebbe essere in grado di trasmettere perfettamente la luce, senza alcuna riflessione. Quando la luce si sposta da una sostanza ad un’altra, si infrange, e questo è il motivo per una cannuccia in un bicchiere d'acqua sembra essere rotta. Tuttavia c'è una discrepanza tra l'indice di rifrazione dell'acqua e dell'aria. Una cella solare rivestita con un materiale il cui indice di rifrazione è identico a quello dell’aria, non rifletterebbe la luce altrove, ma la tratterrebbe.
I film che il gruppo di Atwater sta sperimentando, sono conduttori metallici, e potrebbero servire anche come l'elettrodo superiore di una cella solare. Atwater dice che mentre la forma di alcuni metamateriali si è presentata complessa per coinvolgere le strutture multistrato, questi film a singolo strato possono essere realizzati con tecniche di litografia e acquaforte comuni nel settore di produzione di chip.

La capacità del materiale a lavorare con entrambe le polarizzazioni della luce è straordinaria, ma è una delle sfide più importanti ancora da risolvere nel campo dell’ingegneria dei metamateriali. Poiché queste strutture metalliche interagiscono con la luce, rilasciano energia al posto di calore. Questa perdita di calore è così grande in materiali attuali, che solo il 40% della luce incidente passa attraverso di loro. Per le applicazioni solari, Atwater dice che il suo obiettivo è quello di un film metamateriale che passa il 90% della luce. A tal fine, il suo gruppo e gli altri nel settore stanno sviluppando metodi per amplificare la luce mentre passa attraverso metamateriali. (da Technologyreview)

 

 

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