Fotovoltaico: nanocristalli dorati recuperano l’energia sprecata

Fotovoltaico più efficiente grazie ai nanocristalli dorati. A realizzare le nuove celle solari i ricercatori dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Advanced Materials con il titolo “High Photon Upconversion Efficiency with Hybrid Triplet Sensitizers by Ultrafast Hole-Routing in Electronic-Doped Nanocrystals“.

A mettere a punto il nuovo prototipo di pannello fotovoltaico un gruppo di ricercatori guidati da Angelo Monguzzi, Sergio Brovelli e Francesco Meinardi. I tre sono a capo del team di Spettroscopia Avanzata di Nanomateriali Funzionali del Dipartimento di Scienza dei Materiali. Punto chiave la capacità di recuperare i fotoni sprecati per poi convertirli in energia rinnovabile. Come ha spiegato Monguzzi:

Questa trasformazione prende il nome di Photon Upconversion e funziona grazie all’interazione tra due oggetti. Un’antenna costituita da un nanocristallo a semiconduttore, che cattura l’energia solare, e un convertitore/emettitore che riceve l’energia dall’antenna e genera i fotoni ad alta energia.

I nanocristalli fluorescenti vengono arricchiti con una minima parte d’oro e da cromofori organici. Attraverso questa struttura i ricercatori affermano di poter estendere lo spettro di luce convertito dai pannelli solari. Proprio la ridotta capacità di conversione rappresenta uno degli attuali limiti tecnologici. Questo malgrado potenzialmente tutti i fotoni inviati dal Sole sulla Terra risultino convertibili in energia.

Fotovoltaico e nanocristalli, il meccanismo d’azione

Il trasferimento di energia tra l’antenna e il convertitore rappresenta l’elemento chiave delle nuove celle solari. Secondo quanto ha sottolineato Brovelli:

Per massimizzarne l’efficienza i nanocristalli a semiconduttore assorbitori di luce sono stati modificati introducendo delle impurezze di oro, sotto forma di “quantum clusters”, in grado di funzionare da ponte energetico tra il nanocristallo stesso e i convertitori. Sfruttano meccanismi ultraveloci che avvengono su scale temporali velocissime, inferiori al milionesimo di milionesimo di secondo (picosecondi), e quindi estremamente efficienti.

Riguardo infine le possibilità di applicazione della nuova tecnologia, Meinardi ha concluso:

Il funzionamento di questo meccanismo per catturare e trasportare energia all’interfaccia tra materiale inorganico e organico si basa su concetti assolutamente generali. Questi potranno portare allo sviluppo di nuovi nanomateriali ibridi da impiegare anche in altri campi della fotonica e dell’optoelettronica. Per esempio per produrre nuovi markers per bio-imaging e nuovi sensori, oppure della fotochimica.