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Catturare energia solare senza sprechi: la ricerca della Bicocca Milano.

Invisibili nanocristalli fluorescenti che catturano l’intero spettro solare e non sprecano l’energia. Si chiama Up-Converting Metal-Organic-Frameworks il nuovo materiale sviluppato dall’Università di Milano-Bicocca in collaborazione con l’Università Kyushu in Giappone per 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 in grado di sfruttare tutto lo spettro solare, e nel migliore dei casi arrivano a raccogliere solo due terzi della luce disponibile. Per cercare di risolvere il 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 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. Gli scienziati hanno progettato e sintetizzato dei 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 ad alta energia che vengono poi facilmente assorbiti dai dispositivi. Il nanomateriale funziona grazie all’interazione tra un’antenna, che cattura l’energia sulla superficie del cristallo, ed un convertitore, che costituisce il cristallo, riceve l`energia dall’antenna e genera i fotoni ad alta energia.

È il 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 Monguzzi – 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 vantaggio di questa tecnica è la sua alta efficienza di conversione anche in condizioni di luce debole, al contrario di altri meccanismi.

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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