Oro in nanocristalli per produrre energia dal sole

I ricercatori dell’Università degli studi di Milano Bicocca hanno trovato il modo di impiegare i fotoni rimasti inutilizzati dai pannelli fotovoltaici.  La risposta è nell’oro e nei nanocristalli fluorescenti.

I fotoni disponibili sulla Terra e l’energia dell’oro nei nanocristalli 

Il Sole irradia la Terra con luce di tutti i colori e a ogni colore corrisponde un fotone (un quanto di radiazione) con diversa energia. Tutti potrebbero essere raccolti per produrre energia elettrica e attivare reazioni chimiche. Le tecnologie fotovoltaiche e fotocatalitiche attualmente in uso sono in grado di sfruttare solo una parte minima di questa energia a disposizione. Nel migliore dei casi, arrivano a raccogliere solo due terzi dei fotoni disponibili.

Lo studio

La ricerca “High photon upconversion efficiency with hybrid triplet sensitizers by ultrafast hole-routing in electronic-doped nanocrystals”, pubblicata su Advanced materials, è stata realizzata dal gruppo di Spettroscopia avanzata di nanomateriali funzionali del dipartimento di Scienza dei materiali dell’Università degli studi Milano Bicocca, diretto dai docenti Sergio Brovelli, Francesco Meinardi e Angelo Monguzzi. Lo studio ha sviluppato una nuova classe di nanocristalli fluorescenti caratterizzati dall’inserimento di pochi atomi di oro e decorati con cromofori organici. Questo permette di assorbire e manipolare lo spettro solare, rendendo fruibile dai dispositivi la frazione dei fotoni sprecati.

I ricercatori hanno progettato un sistema multicomponente ad alta efficienza in grado di catturare i fotoni a bassa energia, che andrebbero sprecati e di convertirli ad alta energia per poterli sfruttare nel dispositivo. Il prof. Monguzzi spiega che la 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, ed un convertitore/emettitore, che riceve l’energia dall’antenna e genera i fotoni ad alta energia”. Il collega Brovelli si sofferma sull’importanza del trasferimento di energia tra antenna e convertitore: “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 sfruttando meccanismi ultraveloci che avvengono su scale temporali velocissime, inferiori al milionesimo di milionesimo di secondo (picosecondi), e quindi estremamente efficienti”.