I ricercatori svizzeri sono riusciti a far crescere nanostrutture a forma di riccio di mare da minuscole palline di perline di polistirene utilizzando un semplice processo elettrochimico. Le spine del riccio di mare sono costituite da nanofili di ossido di zinco. La superficie strutturata dovrebbe aiutare ad aumentare l'efficienza dei dispositivi fotovoltaici.

I processi che conferiscono ai materiali nuove caratteristiche sono generalmente complicati e quindi spesso piuttosto difficili da riprodurre. Quindi la sorpresa si trasforma in stupore quando gli scienziati riferiscono su nuovi metodi che non solo producono risultati eccezionali nonostante il fatto che utilizzino materiali di partenza a prezzi economici, ma che non necessitano di strumentazione costosa.

Solo un semplice quadro in polistirolo

Questo è esattamente ciò che sono riusciti a fare Jamil Elias e Laetitia Philippe del Laboratorio di Meccanica dei Materiali e Nanostrutture dell'Empa di Thun. Hanno usato sfere di polistirene come una sorta di impalcatura per creare nanostrutture tridimensionali di ossido di zinco semiconduttore su vari substrati. I due scienziati sono convinti che le superfici (nanostrutturate) "ruvide" ma regolarmente strutturate che hanno prodotto in questo modo possano essere sfruttate in una serie di dispositivi elettronici e optoelettronici come celle solari e anche laser a onde corte, diodi emettitori di luce e display a emissione di campo.

Il mondo scientifico ha reagito prontamente. Il documento in cui sono stati riportati i risultati è stato pubblicato nel gennaio 2010 nell'edizione on line di Materiale avanzato . Nello stesso mese è diventato l'articolo più scaricato, e ad aprile è stato selezionato per apparire sulla copertina interna della rivista.

Il principio alla base del processo è abbastanza semplice. Piccole sfere di polistirolo di pochi micrometri di diametro sono poste su un piano elettricamente conduttivo dove si orientano secondo schemi regolari. Il polistirene è economico e onnipresente:è ampiamente utilizzato come materiale di imballaggio (ad esempio per vasetti di yogurt in plastica) o come materiale isolante in forma espansa come schiuma solidificata.

Corpi cavi con spine per applicazioni fotovoltaiche

Le minuscole palline di polistirene così ancorate formano la sagoma su cui vengono depositati i nanofili. Jamil Elias è riuscito ad utilizzare un metodo elettrochimico da lui stesso sviluppato per variare la conduttività e le proprietà elettrolitiche delle sfere di polistirene in modo tale che l'ossido di zinco si depositi sulla superficie delle microsfere. Nel tempo i nanofili regolari crescono da questa superficie, e quando questo processo è completo il polistirolo viene rimosso, lasciando dietro di sé strutture sferiche cave con spine - piccoli ricci di mare, com'era! Strettamente impacchettato sul substrato sottostante, i ricci di mare gli conferiscono una struttura tridimensionale, aumentando così notevolmente la sua superficie.

Questa superficie nanostrutturata è predestinata per l'uso in applicazioni fotovoltaiche. I ricercatori si aspettano che avrà eccellenti proprietà di diffusione della luce. Ciò significa che la superficie sarà in grado di assorbire significativamente più luce solare e quindi sarà in grado di convertire l'energia irradiata in elettricità in modo più efficiente. In un progetto sostenuto dall'Ufficio federale dell'energia (UFE), Laetitia Philippe e il suo team di ricerca stanno sviluppando assorbitori estremamente sottili (ETA) per celle solari, basato su queste nanostrutture di ossido di zinco.