Scienziati delle università di Bristol e Cambridge hanno trovato un modo per creare nanostrutture di semiconduttori polimerici che assorbono la luce e ne trasportano l'energia più lontano di quanto osservato in precedenza.

Ciò potrebbe aprire la strada a celle solari e fotorilevatori più flessibili ed efficienti.

I ricercatori, il cui lavoro appare sulla rivista Scienza , affermano che le loro scoperte potrebbero essere un "punto di svolta" consentendo all'energia della luce solare assorbita in questi materiali di essere catturata e utilizzata in modo più efficiente.

Le plastiche semiconduttrici leggere sono ora ampiamente utilizzate nei display elettronici del mercato di massa come quelli che si trovano nei telefoni, tablet e televisori a schermo piatto. Però, utilizzando questi materiali per convertire la luce solare in elettricità, per realizzare celle solari, è molto più complesso.

Gli stati di fotoeccitazione, ovvero quando i fotoni di luce vengono assorbiti dal materiale semiconduttore, devono spostarsi in modo che possano essere "raccolti" prima che perdano la loro energia in modi meno utili. Queste eccitazioni in genere viaggiano solo per ca. 10 nanometri in semiconduttori polimerici, richiedendo così la costruzione di strutture modellate su questa scala di lunghezza per massimizzare il "raccolto".

Nei laboratori di chimica dell'Università di Bristol, Il dottor Xu-Hui Jin e colleghi hanno sviluppato un nuovo modo per realizzare strutture semiconduttrici cristalline altamente ordinate utilizzando polimeri.

Mentre si trovava al Cavendish Laboratory di Cambridge, Il Dr. Michael Price ha misurato la distanza che gli stati usciti dalla foto possono percorrere, che ha raggiunto distanze di 200 nanometri, 20 volte più di quanto fosse possibile in precedenza.

200 nanometri è particolarmente significativo perché è maggiore dello spessore del materiale necessario per assorbire completamente la luce ambientale, rendendo così questi polimeri più adatti come "raccoglitori di luce" per celle solari e fotorivelatori.

Dr. George Whittell della Scuola di Chimica di Bristol, spiega:"Il guadagno in termini di efficienza sarebbe in realtà dovuto a due motivi:primo, perché le particelle energetiche viaggiano più lontano, sono più facili da "raccogliere", e secondo, ora potremmo incorporare strati ca. 100 nanometri di spessore, che è lo spessore minimo necessario per assorbire tutta l'energia dalla luce, la cosiddetta profondità di assorbimento ottico. In precedenza, a strati così spessi, le particelle non erano in grado di viaggiare abbastanza lontano da raggiungere le superfici".

Il co-ricercatore Professor Richard Friend, di Cambridge, ha aggiunto:"La distanza a cui l'energia può essere spostata in questi materiali è una grande sorpresa e indica il ruolo di processi di trasporto quantistici coerenti inaspettati".

Il team di ricerca ora prevede di preparare strutture più spesse di quelle oggetto dello studio attuale e maggiori della profondità di assorbimento ottico, al fine di costruire prototipi di celle solari basate su questa tecnologia.

Stanno inoltre preparando altre strutture in grado di utilizzare la luce per eseguire reazioni chimiche, come la scissione dell'acqua in idrogeno e ossigeno.