Le celle solari funzionano assorbendo prima la luce, poi convertendolo in energia elettrica. Le celle più efficienti devono eseguire questo assorbimento all'interno di una regione molto ristretta del materiale della cella solare. Più stretta è questa regione, migliore è l'efficienza della cella. La capacità di assorbire fortemente la luce da queste strutture potrebbe aprire la strada a una maggiore efficienza delle celle. Credito:Università del Surrey
Nuova ricerca pubblicata oggi in Progressi scientifici ha mostrato come il grafene può essere manipolato per creare il materiale più assorbente dalla luce per il suo peso, ad oggi. Questo materiale sottile in nanometri consentirà applicazioni future come la "carta da parati intelligente" che potrebbe generare elettricità dalla luce o dal calore di scarto, e potenziare una serie di applicazioni all'interno del crescente "Internet delle cose".
Utilizzando una tecnica nota come nanotesturizzazione, che comporta la crescita di grafene attorno a una superficie metallica strutturata, i ricercatori dell'Advanced Technology Institute dell'Università del Surrey si sono ispirati alla natura per creare fogli di grafene ultrasottili progettati per catturare la luce in modo più efficace. Solo un atomo di spessore, il grafene è molto forte ma tradizionalmente inefficiente nell'assorbimento della luce. Per combattere questo, il team ha utilizzato il nano-pattern per localizzare la luce negli spazi ristretti tra la superficie strutturata, aumentando di circa il 90% la quantità di luce assorbita dal materiale.
"La natura ha sviluppato adattamenti semplici ma potenti, da cui abbiamo tratto ispirazione per rispondere alle sfide delle tecnologie future, " ha spiegato il professor Ravi Silva, Direttore dell'Istituto di tecnologia avanzata.
"Gli occhi delle falene hanno una struttura microscopica che consente loro di vedere nelle condizioni più deboli. Funzionano incanalando la luce verso il centro dell'occhio, con l'ulteriore vantaggio di eliminare i riflessi, che altrimenti allerterebbero i predatori della loro posizione. Abbiamo usato la stessa tecnica per realizzare un sottile, efficiente, materiale che assorbe la luce modellando il grafene in modo simile".
Il grafene è già stato notato per la sua notevole conduttività elettrica e resistenza meccanica. Il team del professor Ravi ha capito che per sfruttare il potenziale del grafene come materiale per applicazioni future, dovrebbe anche sfruttare efficacemente la luce e il calore.
Il professor Silva ha commentato:"Le celle solari rivestite con questo materiale sarebbero in grado di raccogliere una luce molto fioca. Installate all'interno, come parte del futuro "sfondo intelligente" o "finestre intelligenti", questo materiale potrebbe generare elettricità da rifiuti di luce o calore, alimentando una vasta gamma di applicazioni intelligenti. Anche nuovi tipi di sensori e raccoglitori di energia collegati tramite Internet of Things trarrebbero vantaggio da questo tipo di rivestimento".
Il dottor José Anguita dell'Università del Surrey e autore principale dell'articolo ha commentato:"Come risultato della sua magrezza, il grafene è in grado di assorbire solo una piccola percentuale della luce che cade su di esso. Per questa ragione, non è adatto ai tipi di tecnologie optoelettroniche che il nostro futuro "intelligente" richiederà".
"Il grafene nanotexturizzante ha l'effetto di incanalare la luce negli spazi ristretti tra le nanostrutture, aumentando così la quantità di luce assorbita dal materiale. Ora è possibile osservare un forte assorbimento della luce anche da pellicole sottilissime. Tipicamente un foglio di grafene avrebbe un assorbimento di luce del 2-3%. Usando questo metodo, il nostro rivestimento ultrasottile di grafene nanostrutturato a pochi strati assorbe il 95% della luce incidente su un ampio spettro, dagli UV agli infrarossi."
Il professor Ravi Silva ha osservato:"Il prossimo passo è incorporare questo materiale in una varietà di tecnologie esistenti ed emergenti. Siamo molto entusiasti del potenziale di sfruttare questo materiale nei dispositivi ottici esistenti per il miglioramento delle prestazioni, mentre si guarda a nuove applicazioni. Attraverso il Graphene Centre del Surrey, finanziato dall'EPSRC, stiamo cercando partner del settore per sfruttare questa tecnologia e siamo ansiosi di sentire da aziende innovative che possiamo esplorare le future applicazioni di questa tecnologia con noi."
Il team del Surrey ha sviluppato questa tecnologia in collaborazione con BAE Systems per l'imaging a infrarossi in dispositivi opto-MEM.
