Università Milano-Bicocca: nanoantenne fluorescenti

Dall’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con l’Università Kyushu in Giappone nanoantenne fluorescenti per non sprecare neanche un raggio di Sole.

Pubblicato il 5 agosto 2015

Invisibili nanocristalli fluorescenti che come piccole antenne catturano l’intero spettro solare. Up-Converting Metal-Organic-Frameworks è il nuovo materiale sviluppato dall’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con l’Università Kyushu in Giappone per cercare di non sprecare neanche un raggio di Sole.

Violetto, blu, azzurro, verde, giallo, arancione e rosso. Il Sole colpisce la Terra con un infinito spettro di frequenze elettromagnetiche, un arcobaleno di colori con diverse energie che possono essere raccolti per produrre elettricità. Le tecnologie fotovoltaiche attualmente in uso non sono però in grado di sfruttare tutto lo spettro solare, e nel migliore dei casi i dispositivi arrivano a raccogliere solo due terzi della luce disponibile.

Per cercare di risolvere questo problema, Angelo Monguzzi, del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, e il gruppo guidato da Nobuo Kimizuka, della Kyushu University a Fukuoka in Giappone, hanno messo a punto delle nanoantenne fluorescenti in grado di recuperare parte della luce sprecata dai dispositivi. Lo studio “Fast and long-range triplet exciton diffusion in metal-organic frameworks for low power photon up-conversion” è stato pubblicato sulla rivista Nature Materials (doi:10.1038/nmat4366).

Gli scienziati hanno progettato e sintetizzato dei particolari nanocristalli ibridi metallo-organici per migliorare l’efficienza di raccolta della luce delle celle solari. In pratica, i cristalli fluorescenti catturano la radiazione sprecata e la convertono in fotoni (i cosiddetti quanti di luce) ad alta energia che vengono poi facilmente assorbiti dai dispositivi. Il nanomateriale funziona grazie all’interazione tra due molecole: un’antenna, che cattura l’energia sulla superficie del cristallo, ed un convertitore, che costituisce il cristallo stesso, riceve l’energia dall’antenna e genera i fotoni ad alta energia (il cosiddetto meccanismo di up-conversion).

Si tratta del primo esempio di materiali solidi efficienti per up-conversion di fotoni, da integrare in dispositivi funzionanti per migliorarne la performance e favorirne l’utilizzo su larga scala come fonte di energia rinnovabile.

“In questo sistema”, spiega Angelo Monguzzi, assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, “le molecole convertitore sono artificialmente organizzate in un reticolo ordinato che favorisce il trasporto dell’energia assorbita massimizzando l’efficienza di conversione della luce solare. Il grande vantaggio di questa tecnica è la sua alta efficienza di conversione anche in condizioni di luce debole, al contrario di altri meccanismi studiati che funzionano solo se sottoposti a una radiazione pari a migliaia di soli. La realizzazione di questo materiale concettualmente complesso porterà anche allo sviluppo di nuovi materiali ibridi avanzati da impiegare in altri campi della fotonica e dell’optoelettronica, per esempio per produrre circuiti flessibili e LED”.

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