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Nanopilastri che raccolgono più luce

Nanomateriali

Un materiale composto da una nanostruttura è stato sviluppato dai ricercatori della University of California, Berkeley con lo scopo di costruire celle solari e rivelatori di luce a basso costo. Questo materiale assorbe la luce proprio come nelle celle solari a film sottile di, ma utilizzano molto meno materiale semiconduttore. Il nuovo materiale è costituito da una matrice di nanopilastri che sono stretti in alto e più spessi nella parte inferiore. I piani stretti permettono alla luce di penetrare la matrice senza riflettere all’esterno. Il fondo spesso assorbe la luce in modo che possa essere convertita in energia elettrica.

La struttura assorbe il 99% della luce visibile, rispetto all’85% assorbita da un precedente progetto in cui i nanopilastri avevano lo stesso spessore lungo tutta la lunghezza. Un film piatto avrebbe assorbito solo il 15% della luce.
Strutture come i nanofili, microwires e nanopilastri sono eccellenti per catturare la luce, riducendo la quantità di materiale semiconduttore necessario, I nanofili e i nanopilastri utilizzano da metà a un terzo della quantità di materiale semiconduttore richiesto dalla maggior parte delle celle solari a film sottile realizzati in materiali come il tellururo di cadmio. Queste strutture inoltre riescono più facilmente a estrarre il materiale da caricare. Complessivamente, questi miglioramenti potrebbero rendere il solare più economico. Ridurre i costi del materiale e garantire nel contempo la stessa quantità di assorbimento della luce, e quindi l'efficienza è molto importante per le celle solari.
Molti materiali sono strutturati come disegni complessi su scala nanometrica e richiedono metodi di fabbricazione particolari per depositare strati multipli, e in questo senso la tecnica per far crescere la produzione di nanopilastri è relativamente semplice e low-cost.
I ricercatori producono nanopilastri alti due micrometri, con le basi che sono 130 nanometri di diametro e suggerimenti che hanno 60 nanometri di diametro. Cominciano con la creazione di uno stampo per i pori in un foglio di alluminio da 2,5 millimetri di spessore. Prima hanno anodizzato del film per creare un accordo di pori che sono lunghi 60 nanometri e profondi un micrometro. Espongono poi il foglio di acido fosforico per allargare i pori a 130 nanometri - il più a lungo la pellicola è esposta l'acido, più sono ampi i pori ottenuti.

L’anodizzazione rende i pori del film ancora più profondi di un micrometro, e questa lunghezza supplementare ha il diametro iniziale di 60 nanometri. Tracce di oro sono poi depositate all'interno di ogni poro come catalizzatori per i cristalli di materiale semiconduttore - in questo caso germanio, che è buono per sensori di luce. Infine, viene fatto passare dell’alluminio, lasciando dietro di sé una serie di nanopilastri di germanio incorporati in una membrana di ossido di alluminio
Questo metodo di produzione di nanopilastri di vari diametri e forme è semplice rispetto ad altri approcci, che implicano un complicato assemblaggio strato-a-strato di materiali e materiali complessi che uniscono i fili con nanoparticelle di metallo. Il metodo Javey, così chiamato dallo studioso che l’ha messo a punto, potrebbe essere conveniente, ma è ancora troppo presto per sapere se può tradursi in un processo di fabbricazione su larga scala. Per ora è di primaria importanza aver avuto la prova che la nanostrutturazione può incrementare l'assorbimento di luce. Dal momento che i ricercatori hanno utilizzato la tecnica per fare nanopilastri utilizza il tellururo di cadmio, un materiale più adatto per le celle solari potrebbe essere il germanio. Modificando la disposizione dei pilastri, potrebbe essere possibile realizzare materiali che assorbono più lunghezze d'onda infrarosse della luce, il che sarebbe utile per rendere efficiente, i rilevatori economici a luce infrarossa. (da Technologyreview)

 

 

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