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Celle solari più efficienti grazie alla luce di sincrotrone

Fonte: Le Scienze

di Cnr-Iom
©Agf/Wolf Winter Passi avanti nel campo

delle rinnovabili: dispositivi sempre più

efficienti possono essere progettati con

una nuova tecnica indagata da un gruppo

di ricerca capitanato dall'Istituto officina

dei materiali del Cnr.

Il risultato pubblicato su "Comunications Physics"

L'Istituto officina dei materiali del Consiglio

nazionale delle ricerche (Cnr-Iom), con sede

nell'Area Science Park di Trieste, ha dimostrato

attraverso un nuovo set up sperimentale

che è possibile usare la luce di sincrotrone

per individuare i materiali più efficaci nella

costruzione delle celle solari.

La ricerca, pubblicata su "Communications

Physics", viene da una collaborazione

internazionale con le Università di Trieste,

della Danimarca e di Bochum.

"Noi ci siamo occupati soprattutto di

mettere a punto un esperimento di tipo

pump-probe, in cui cioè si applicano sullo

stesso campione due tipi di stimolazione,

con l'obiettivo di analizzare le dinamiche

elettroniche del sistema.

Con un primo impulso laser noi eccitiamo,

cioè in qualche modo modifichiamo

provvisoriamente il campione, e con il

secondo lo misuriamo in un momento in

cui il campione non è ancora tornato allo

stato fondamentale.

La novità dell'esperimento condotto sta

nell'utilizzo, come secondo impulso, di raggi

X di sincrotrone", spiega Martina Dell'Angela

del Cnr-Iom.  

L'utilizzo del sincrotrone per questo tipo di

esperimenti consente di ottenere delle

informazioni ulteriori rispetto a quelle fornite

da un laser.

"Le nostre misure, in particolare, servono a

identificare quali materiali possano essere

utili a costruire celle solari quanto più efficienti

possibile.

Misurando l'assorbimento dei raggi X dei

diversi elementi che compongono i materiali

presi in esame è possibile studiare più in

dettaglio il trasporto di carica (ovvero gli

spostamenti delle particelle elettricamente

cariche sul substrato), proprietà fondamentale

in tutti i dispositivi elettronici", spiega Roberto

Costantini, del Cnr-Iom.

"Cosa succede quando eccitiamo un materiale

organico? Per ogni fotone assorbito si crea

quello che viene chiamato 'eccitone', formato

da una coppia interagente di elettrone e lacuna

(quest'ultima può essere vista come una carica

positiva dovuta all'assenza di un elettrone).

Una volta creati, questi eccitoni inizieranno a

muoversi nel materiale e, se vivono abbastanza

a lungo, prima di decadere possono venire

trasferiti alle interfacce con i materiali vicini.

Quello che ci interessa è individuare le condi-

zioni in cui il trasferimento di carica è massimo,

poiché questo determinerà l'efficienza di un

ipotetico dispositivo.

In alcuni materiali per un fotone assorbito si

possono creare ben due eccitoni, il che

sostanzialmente raddoppia la quantità di carica

utile per il funzionamento della cella solare".

In questo studio il materiale usato a

campione è molto semplice e già noto in

letteratura: il pentacene, costituito da

cinque anelli di benzene fusi.

Ma lo stesso set up sperimentale può e

potrà essere usato anche con campioni

più complessi, combinando materiali meno

conosciuti.

Il progetto, iniziato con l'installazione del 

laser nel 2016, è stato finanziato dal

progetto Sundyn (SIR2014 - Scientific

Independence of young Researchers del

Miur) e coofinanziato da Eurofel.