Nano-filamenti di silicio per produrre energia elettrica

Nano-filamenti di silicio per produrre energia elettrica

Una particolare struttura composta da silicio può dare luogo ad una corrente elettrica impiegando l'energia della radiazione luminosa

di pubblicata il , alle 15:28 nel canale Sistemi
 

Un gruppo di ricercatori dell'Università di Harvard, coordinati dal professor Charles Lieber, sta valutando la possibilità di impiegare filamenti nanoscopici di silicio per la produzione di piccolissime quantità di energia elettrica grazie alla trasformazione dell'energia luminosa; si tratta, di fatto, di una cella solare su scala nanoscopica.

Al centro del filamento è presente un sottile "bastoncino" di cristallo di silicio drogato con boro. Attorno al cristallo vengono poi aggiunti strati di silicio policristallino, a formare una coperatura in due parti: la parte più interna, dello spessore di 50 nanometri, composta da silicio non drogato, mentre la zona esterna, anch'essa di 50 nanometri di spessore, è composta da silicio drogato con fosforo.

Quando la radiazione elettromagnetica della luce va a colpire il particolare filamento, gli elettroni vengono emessi dal cristallo, lasciando così delle lacune cariche positivamente che si possono spostare attraverso il materiale e tendono a muoversi verso il centro del bastoncino. Gli elettroni, che restano separati dalle lacune per via del rivestimento, tendono a muoversi verso il livello più esterno del nanoscopico filamento. Lo spostamento di lacune ed elettroni da luogo ad una corrente elettrica una volta che il nanoscopico filamento viene collocato all'interno di un circuito.

Quanto realizzato è attualmente in forma di cosiddetto "proof-of-concept", ovvero un esempio pratico che dimostra l'attuabilità della teoria. Attualmente solo il 3% dell'energia della radiazione luminosa viene convertita in energia elettrica, ma ciò permetterà di poter condurre studi più avanzati sulle celle fotovoltaiche ed ipotizzare nuovi processi produttivi per questo genere di dispositivi.

L'obiettivo ora è affinare il progetto in modo tale che sia possibile arrivare attorno al 15% di efficienza. Le celle solari prodotte attualmente sono in grado di garantire un'efficienza compresa tra il 20% ed il 25%. In termini di valori assoluti, il piccolo filamento è in grado di produrre tra 50 e 200 picowatt di potenza, che sebbene possano sembrare davvero poca cosa, risultano sufficienti per l'alimentazione di circuiti e dispostivi su scala nanometrica.

Fonte: New Scientist

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42 Commenti
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kronos200018 Ottobre 2007, 15:36 #1
Sempre in tema "nanotecnologie", hanno inventato il primo demodulatore per onde radio AM costruito con nanotubi di carbonio che funziona...hanno trasmesso musica da un iPOD a un altoparlante in modalità wireless.
L'articolo è qua.
Michelangelo_C18 Ottobre 2007, 15:59 #2
Non capisco perchè il fotodiodo è messo trasversalmente: la corrente si crea nel verso perpendicolare all'asse del nanofilamento. Che vantaggio porta questo rispetto a fare un fotodiodo normale? Alla fine non ci sono vantaggi, casomai svantaggi (la corrente fotogenerata conviene averla nella direzione del circuito di conduzione e non in altre direzioni).
Ciesko18 Ottobre 2007, 16:05 #3
Bene, ora cerchiamo di aumentare il rendimento..

Mi permetto di fare un appunto, le "normali" celle fotovoltaiche hanno un rendimento che va dal 13 al 17%. Per parlare di 25% non si usa più il silicio ma il gallio (che è praticamente inesistente in commercio).

200Wp di potenza non sono mali tenendo conto che un modulo fotovoltaico in silicio monocristallino di superfice standard eroga 175Wp..
Fx18 Ottobre 2007, 16:16 #4
mi ha anticipato ciesko, le normali cellule fotovoltaiche hanno rendimenti molto più bassi rispetto a quanto scritto nell'articolo

poi che in usi particolari, ad esempio nel settore aerospaziale, non usino le normali cellule fotovoltaiche ma il meglio che esiste, e che queste arrivino ad efficienze più alte non lo metto in dubbio, tuttavia indicare come valore di riferimento il 20/25% è fuorviante
]DMA[18 Ottobre 2007, 16:34 #5
Originariamente inviato da: Ciesko
Bene, ora cerchiamo di aumentare il rendimento..

Mi permetto di fare un appunto, le "normali" celle fotovoltaiche hanno un rendimento che va dal 13 al 17%. Per parlare di 25% non si usa più il silicio ma il gallio (che è praticamente inesistente in commercio).

200Wp di potenza non sono mali tenendo conto che un modulo fotovoltaico in silicio monocristallino di superfice standard eroga 175Wp..


Originariamente inviato da: Fx
mi ha anticipato ciesko, le normali cellule fotovoltaiche hanno rendimenti molto più bassi rispetto a quanto scritto nell'articolo

poi che in usi particolari, ad esempio nel settore aerospaziale, non usino le normali cellule fotovoltaiche ma il meglio che esiste, e che queste arrivino ad efficienze più alte non lo metto in dubbio, tuttavia indicare come valore di riferimento il 20/25% è fuorviante


sbagliato e sbagliato.

Se le celle fotovoltaiche sono fatte in silicio cristallino hanno rendimenti dal 23 al 25%.
Se sono fatte in silicio policristallino hanno rendimenti del 15-17%.
Infine se sono fatte in silicio policristalino amorfo hanno rendimenti del 7% per sample commerciali e del 12% per quelli da laboratorio.
E tutti sono commerciali! (ovviamente da quelle piú costose a quelle meno costose)
E vi diró di piú, quelle in silicio cristallino funzionano anche nell'infrarosso (senza luce visibile) ma a un rendimento dimezzato.

E non tiriamo fuori applicazioni spaziali ecc ecc. senza avere cognizione di causa.

Quindi non c'é niente di fuorviante. Fuorviante per le persone del forum é scrivere commenti senza sapere di cosa si sta parlando...

P.S. picowatt si scrive pW non Wp
M4R1|<18 Ottobre 2007, 16:47 #6
@ Ciesko

io sapevo che stavano sperimentando altri super conduttori. attraverso delle ottimizzazioni erano arrivati ad avere delle rese elevatissime senza stare a temperature super fredde. certo è un discorso un po' lontano nel tempo, ma sarà più realizzabile che utilizzare silicio e gallio. per quest'ultimo nn so, ma per il silicio sapevo che ce ne è pochissimo ormai
Fx18 Ottobre 2007, 17:11 #7
Originariamente inviato da: ]DMA[
sbagliato e sbagliato.

Se le celle fotovoltaiche sono fatte in silicio cristallino hanno rendimenti dal 23 al 25%.
Se sono fatte in silicio policristallino hanno rendimenti del 15-17%.
Infine se sono fatte in silicio policristalino amorfo hanno rendimenti del 7% per sample commerciali e del 12% per quelli da laboratorio.
E tutti sono commerciali! (ovviamente da quelle piú costose a quelle meno costose)
E vi diró di piú, quelle in silicio cristallino funzionano anche nell'infrarosso (senza luce visibile) ma a un rendimento dimezzato.

E non tiriamo fuori applicazioni spaziali ecc ecc. senza avere cognizione di causa.

Quindi non c'é niente di fuorviante. Fuorviante per le persone del forum é scrivere commenti senza sapere di cosa si sta parlando...

P.S. picowatt si scrive pW non Wp


ok prof

correggi qua:

Valori tipici per gli esemplari in silicio cristallino comunemente disponibili sul mercato si attestano attorno al 15%.


http://it.wikipedia.org/wiki/Pannello_fotovoltaico


non so quali siano le tue fonti cmq ma le mie non sono di certo i siti come wikipedia, bensì i datasheet

ma tagliamo corto

mi basta un link, trovami un pannello in commercio che supera il 20% di efficienza (ti direi anche il 15 ma che lo superano di un pelo li trovi se cerchi bene, per lo meno a livello di specifiche dichiarate) e ti dico che hai ragione

se non lo trovi ovviamente ci si aspetta le tue scuse per il tono "vagamente" saccente che hai usato (per carità, se sbaglio sono felice se me lo si fa notare, però con un tono consono)...
DevilsAdvocate18 Ottobre 2007, 17:13 #8
Originariamente inviato da: ]DMA[
Se le celle fotovoltaiche sono fatte in silicio cristallino hanno rendimenti dal 23 al 25%.
Se sono fatte in silicio policristallino hanno rendimenti del 15-17%.
Infine se sono fatte in silicio policristalino amorfo hanno rendimenti del 7% per sample commerciali e del 12% per quelli da laboratorio.

....
P.S. picowatt si scrive pW non Wp

Ehm... allora... cristallino non vuol dire nulla, penso tu stia intendendo
MONOcristallino, allora avrebbe un senso.
Poi Wp non è affatto picoWatt bensì la potenza di picco, quindi ad
esempio 185 Wp significherebbe che a mezzogiorno di ferragosto ottieni
185 Watt/Ora da quel singolo pannello.
Infine il 25% di rendimento dubito che lo raggiungano realmente i migliori
pannelli al silicio MONOcristallino della NASA (o dell'agenzia spaziale
Europea, se preferisci), non senza cambiare materiale o usare
concentratori ottici (specchi ustori, lenti o simili).

Forse sarebbe meglio che tu evitassi di confondere i volantini dei venditori
con le fonti di informazioni affidabili (del resto loro te li devon vendere...)
kronos200018 Ottobre 2007, 17:33 #9
Quelli di Tom's Hardware avevano costruito un pc ad energia solare, con dimensionamento dei pannelli. L'articolo è qua. E' uno di quegli articoli che lasciano a bocca aperta per precisione e passione.

Celle fotovoltaiche: Si arriva a efficienze teoriche fino al 25% con silicio policristallino a temperatura ambiente, ma non mi è chiaro se tengono nel conto anche i DC/DC converter, degli stabilizzatori e quant'altro. Credo insomma che considerino l'efficienza della sola cella che, di per sè, è inutilizzabile.

In ogni caso, in campo satellitare capita che, se prendi la carrozza di un vecchio satellite ma il payload attuale consuma di più, allora sostituisci uno o più pannelli di silicio policristallino con altri in GaAs, così mantieni le stesse dimensioni ma aumenti l'efficienza. Ma le efficienze sono più basse perchè si lavora con temperature molto alte.

Cmq veramente è una palla vedere risposte piene di numerelli e sparati pure con tono di arroganza e saccenza. Per i numerelli basta wikipedia, IMHO.
Fx18 Ottobre 2007, 17:38 #10
Originariamente inviato da: kronos2000
Celle fotovoltaiche: Si arriva a efficienze teoriche fino al 25% con silicio policristallino a temperatura ambiente, ma non mi è chiaro se tengono nel conto anche i DC/DC converter, degli stabilizzatori e quant'altro. Credo insomma che considerino l'efficienza della sola cella che, di per sè, è inutilizzabile.


e due

per tanto così mi potete anche dire che arrivano al 150%, mi piacerebbe qualche riferimento, anche solo un link

se vai a prendere le specifiche di qualsiasi pannello solare in commercio vedrai che l'efficienza è, nei pannelli migliori, intorno al 15%, e il dato si riferisce ovviamente all'uscita del pannello: quanto ci metti a valle, e quale sia la sua efficienza, sono affari tuoi

per inciso non ho ben capito perchè ci dovresti mettere dei converter DC/DC piuttosto che degli stabilizzatori (de che?)... nell'applicazione tipica "baita di montagna" piuttosto ci metti un gestore di carica, delle batterie e un inverter (quindi DC/AC)...

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