Il grafene aumenta l’efficienza dei dispositivi fotovoltaici

Per i ricercatori dell’Istituto nanoscienze (Nano-Cnr) e dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn-Cnr) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) il grafene si conferma essere il materiale delle meraviglie grazie ad una proprietà recentemente scoperta. Infatti il grafene se sottoposto a impulsi luminosi brevissimi riesce a moltiplicare a cascata gli elettroni. Questo risultato è stato ottenuto grazie alla collaborazione con Politecnico di Milano, Scuola normale superiore e Università di Cambridge e Manchester e pubblicato su Nature Communications.

Rispetto alla capacità del grafene di moltiplicare gli impulsi luminosi, precisa Giulio Cerullo di Ifn-Cnr e Politecnico di Milano:

La moltiplicazione di carica è estremamente difficile da rilevare poiché dura appena un centinaio di femtosecondi, meno di un milionesimo di milionesimo di secondo! Per studiare effetti fisici su scale temporali così brevi servono impulsi luminosi altrettanto brevi, che siamo stati in grado di ottenere con tecniche di spettroscopia ultra-veloce capaci di ‘comprimere’ la luce. Il nostro esperimento rappresenta al momento l’evidenza sperimentale più chiara del fenomeno nel grafene.

La proprietà scoperta, dunque, si presta a essere utilizzata in tutti quei dispositivi fotovoltaici per aumentarne l’efficienza. Il progetto sotto cui rienta questo ambito di studio è Graphene Flagship sostenuto da un maxi-finanziamento di un miliardo di euro per 10 anni anni e che vede la partecipazione di oltre 70 partner scientifici e industriali il cui obiettivo è usare il grafene in vasti settori di applicazione.

Spiega Marco Polini di Nano-Cnr di Pisa:

Studiare il comportamento degli elettroni nel reticolo bidimensionale di questo materiale, che è costituito da un foglio monoatomico di atomi di carbonio, è la chiave per capirne e sfruttarne al meglio le eccezionali proprietà: conduzione di elettricità e calore migliore del rame, leggerezza e resistenza maggiori dell’acciaio. Un aspetto ancora poco noto, per esempio, è cosa accade agli elettroni dopo che un lampo intenso e ultra-breve di luce li ha fortemente perturbati: abbiamo pertanto indagato le primissime fasi successive alla foto-eccitazione, quando gli elettroni, riscaldati dalla luce a temperature di migliaia di gradi, si raffreddano in un tempo brevissimo.

In sostanza i fotoni che precipitano vanno a creare un processo noto come moltiplicazione a cascata, per cui spiega Polini:

Un fenomeno noto come ‘carrier multiplication’, grazie al quale, per ciascun fotone assorbito dal grafene, più elettroni si mettono in moto e incrementano la corrente elettrica. La possibilità di innescare questo fenomeno potrebbe migliorare le prestazioni delle tecnologie fotovoltaiche e dei dispositivi optoelettronici in termini di efficienza, robustezza, risparmio energetico.

Via | Comunicato stampa Cnr
Foto | Cnr