21:10 06 Aprile 2020
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La squadra internazionale di scienziati dell’Università nazionale di ricerca nucleare MePhI, dell’Università di tecnologie dell’informazione, meccanica e ottica e della Hosei University (Tokyo, Giappone) si appresta a iniziare il suo lavoro sulla realizzazione di strutture bidimensionali ibride a base di grafene e punti quantici.

Obiettivo del progetto è la creazione di una struttura con caratteristiche ottiche e fotoelettriche controllabili che possano poi essere applicate alle batterie solari. Il risultato finale del progetto sarà l'elaborazione di un prototipo di batteria solare avente una resa superiore alle identiche proprietà degli analoghi esistenti.    

Per la realizzazione del materiale nanoibrido con l'utilizzo dei punti quantici è stato scelto il grafene, costituito da una pellicola di carbonio cristallino dello spessore di un atomo e avente proprietà uniche, tra cui l'elevata conduttività elettrica, che lo rende un materiale di grandi prospettive e molto richiesto nella nanoelettronica.

Il compito principale di questo lavoro, spiega il responsabile del progetto, il professore dell'Università nazionale di ricerca nucleare MIFI Igor' Nabiev, è rappresentato dalla creazione di nanostrutture ibride e dall'analisi sia dei meccanismi fisici che controllano la fotogenerazione dei portatori di carica negli strati sottili dei punti quantici posti sulla superficie dei fogli di grafene, sia dello spostamento senza irradiazione dei portatori dai punti quantici al grafene.

Stiamo conducendo un lavoro di ricerca scientifica che ci farà capire come aumentare l'efficienza delle attuali batterie solari. L'esito definitivo del progetto sarà un prototipo di batteria solare con una resa migliore di quelle ora esistenti, ha dichiarato il professore dell'Università nazionale di ricerca nucleare MIFI Igor' Nabiev.

Le nanostrutture ibride a 2D, che riuniscono in sé alcuni elementi con caratteristiche funzionali diverse e che mostrano di avere un effetto di sinergia, sono dei "mattoncini" molto promettenti per la costruzione di nuovi tipi di materiali nanostrutturati con le proprietà ottiche e fotoelettriche richieste. Anzitutto, si possono sfruttare le qualità uniche dei punti quantici come concentratori di energia luminosa in una gamma spettrale larga, e in secondo luogo vi sono anche le particolari caratteristiche elettriche del grafene.

Come raccontato dal professore dell'Università nazionale di ricerca su tecnologie dell'informazione, meccanica e ottica di San Pietroburgo (ITMO) Aleksandr Baranov, alla squadra di scienziati è stato assegnato il compito di elaborare delle strutture bidimensionali ultra-compatte partendo dai punti quantici sintetizzati al MIFI sulla superficie di grafene e di analizzare le loro caratteristiche elettro-ottiche.

Durante lo svolgimento del progetto saranno determinati i meccanismi fisici che controllano la fotogenerazione dei portatori negli strati sottili dei punti quantici, sarà valutata l'efficienza dello spostamento senza irradiazione dei portatori dai punti quantici al grafene e saranno fissati i parametri (statici e cinetici) della risposta fotoelettrica della struttura ibrida alla sua irradiazione con luce di diversa componente spettrale e intensità.

Il frutto di questo progetto saranno dei prototipi di sistemi fotovoltaici (che trasformano la luce solare in energia elettrica) di nuova concezione che siano competitivi e che si distinguano per l'elevata efficienza grazie all'effetto di generazione multi-eccitonica e di ionizzazione d'urto che accompagna la moltiplicazione dei foto-portatori di corrente. Inoltre, conseguentemente all'impiego dei punti quantici, verranno eliminate le "finestre di trasparenza" di raccolta dell'energia solare, le quali rappresentano i lati deboli delle attuali batterie solari basate su silicio e germanio.

L'aumento di alcuni punti percentuali dell'efficienza dei nuovi sistemi, rispetto alle batterie solari utilizzate oggigiorno, potrà costituire un vero e proprio salto di qualità nella creazione di nuove fonti di energia rinnovabile, afferma Igor' Nabiev.

Secondo le parole dello scienziato, tale iniziativa scientifica rappresenta un esempio di cooperazione tra università russe partecipanti al programma "Progetto 5-100".

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