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, ma le tecnologie fotovoltaiche e fotocatalitiche attualmente in uso sono in grado in realtà di sfruttarne solo una piccola porzione e, nel migliore dei casi, arrivano a raccogliere solo due terzi dei fotoni disponibili.
Il gruppo di ricercatori, per eliminare questo spreco di energia, ha progettato un sistema multicomponente ad alta efficienza in grado di catturare i fotoni sprecati a bassa energia e di convertirli in fotoni ad alta energia che vengono poi sfruttati nel dispositivo.
«Questa trasformazione prende il nome di photon upconversion e funziona - spiega Angelo Monguzzi - 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 trasferimento dell’energia tra antenna e convertitore è il un punto chiave del processo. «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» continua Sergio Brovelli. «Il funzionamento di questo meccanismo per catturare e trasportare energia all’interfaccia tra materiale inorganico e organico - conclude Francesco Meinardi - si basa su concetti assolutamente generali, che potranno portare allo sviluppo di nuovi nanomateriali ibridi da impiegare anche in altri campi della fotonica e dell’optoelettronica, per esempio per produrre nuovi markers per bio-imaging e nuovi sensori, oppure della fotochimica».
