Le nanotecnologie sfrutteranno la luce a infrarossi

La plasmonica è un campo di ricerca interessante e in rapida espansione. Di particolare interesse, la risonanza plasmonica di superficie localizzata osservata in NC di metalli nobili porta a una forte diffusione della luce e a una maggiore interazione tra luce e materia. Tuttavia, la risonanza plasmonica di superficie localizzata (LSPR) in tali casi è limitata alle lunghezze d’onda visibili.

Studi recenti hanno dimostrato che i NC semiconduttori con contenuto di rame ridotto mostrano una forte LSPR nella gamma dell’infrarosso vicino del campo elettromagnetico. Tale interessante scoperta consente di spostare i picchi a lunghezze d’onda superiori rispetto a quelle visibili, e in tal modo i materiali semiconduttori risultano trasparenti in vicinanza delle lunghezze d’onda LSPR.

Partendo da questa base, il progetto NIRPLANA (“Near-infrared semiconductor plasmonic nanocrystals for enhanced photovoltaics”), finanziato dall’UE, si è concentrato sulla sintetizzazione e l’incorporazione dei NC plasmonici in celle fotovoltaiche con film sottile. I risultati del progetto apriranno la strada alla fabbricazione di celle solari che catturino la radiazione infrarossa che la maggior parte delle celle ignorano.

I ricercatori hanno sviluppato diversi materiali con NC plasmonici, e la covellite rappresenta il candidato più promettente per applicazioni nel fotovoltaico. Il controllo del loro spessore e del diametro ha consentito di regolare l’ampiezza della LSPR, che risultava elevata nei pressi delle lunghezze d’onda di 1 micrometro.

Sono inoltre stati sintetizzati tre diversi materiali per lo strato assorbente. Il limite di assorbimento dei NC in solfuro di piombo si è dimostrato simile all’ampiezza della LSPR dei NC in covellite. Per il tellururo di cadmio, è necessario sviluppare NC plasmonici più adatti.

I ricercatori hanno sostituito i leganti organici a catena lunga attaccati alla superficie dei NC durante la sintesi con leganti più corti per ottenere un trasporto della carica efficace in tutta la cella solare. Inoltre, hanno stabilito un metodo adatto per la preparazione di film sottili a punti quantici con legandi in zolfo inorganici per l’integrazione nelle celle solari a punti quantici. È stata sviluppata una procedura per la preparazione di NC in solfuro di piombo in aria, con efficienze di conversione di circa 0,5 %.

I risultati del progetto possono dare una nuova direzione alla sintesi di NC, alla loro lavorazione e alle applicazioni nello sfruttamento dell’energia solare. La cattura di uno spettro di luce più ampio offre alle celle solari in NC le potenzialità di garantire un’alternativa a basso costo alle tecnologie a celle solari attuali.