Ilgrafeneviene spesso definito e a ragione ilmateriale delle meraviglieper via delle sue caratteristiche rivoluzionarie che stanno sempre più trovando applicazione nel mondo reale, ma nel corso degli ultimi anni sono nati degli sfidanti al titolo come i PNR,nanoribbondifosforene.
La scoperta di questo nuovo materiale risale appena al2019, tanto che non si è ancora affermata una traduzione italiana di uso comune: potremmo chiamarlonanostrisce di fosforenema si sta anche diffondendo il neologismonanoribboniper indicare la classe di materiali accomunati da questa particolare struttura atomica.
I nanomateriali come il grafene sono composti da un singolo strato di atomi
Anche in questo caso siamo di fronte a unmateriale bidimensionale, formato da unsingolo strato di atomi. Dal momento della sua scoperta, sono centinaia gli studi pubblicati che nepredicono proprietàin grado di apportare benefici a ogni tipologia di dispositivi elettronici,dalle batterie ai computer quantistici alla biomedicina. Ma si era trattato di teoria, senza ancora dimostrazioni pratiche.
Un team di ricercatori guidati dall’Imperial Collegee dalloUniversity College di Londraè oggi riuscito a dimostrare che l’utilizzo deiPNRall’interno di un dispositivo reale è effettivamente in grado di amplificarne prestazioni ed efficienza, un primo passo verso la conferma che l’entusiasmo che circonda questo nuovo materiale sia da ritenersi in prospettiva giustificato.
In questo caso l’esperimento riguarda la realizzazione dicelle fotovoltaiche ad alte prestazionied è stato eseguito combinando il PNR con un altra classe di materiali entrati di prepotenza in questo settore negli ultimi anni, iperovskiti: essi presentano vantaggi rispetto alsiliciopoiché si possono realizzare celle solari sottili e flessibili e dotate di notevole efficienza, ma sono anche più facilmente deteriorabili e le ricerche oggi puntano soprattutto verso unibrido silicio-perovskite.
I test di fattibilità non includono le ottimizzazioni che incrementeranno le performance del materiale
Un nuovo nanomateriale come il fosforene in nanostrisce può essere facilmentestampatoin modo da formare strati da abbinare alla perovskite per affinarne l’efficienza e le funzionalità. In laboratorio, i ricercatori sono riusciti con questa combinazione aportare l’efficienza delle celle di perovskite al 21%, più o meno lo stesso livello delle celle al silicio attualmente in commercio. Ma soprattutto si è stati in grado dicapire anche perché ciò accada.
Lo studio dice che l’utilizzo del PNRincrementa la mobilità dellelacune, le particelle (più precisamentequasiparticelle) che insieme agli elettroni sonoresponsabili del trasporto dell’elettricità: incrementandone lamobilità, l’agevolezza con la quale scorrono attraverso gli strati di materiali, i PNR incrementano l’efficienza del dispositivo.
Questa prima validazione pratica delle qualità dei PNR dimostra le potenzialità nel settore dell’optoelettronica, la branca che si occupa dei dispositivi che interagiscono con la luce, sia in emissione che in ricezione, e che la strada verso la progettazione ad hoc di nuovi, più efficienti dispositivi il cui design potrà essere modificato sulla base di questa nuova tecnologia è aperta. Ulteriori studi potranno inoltre dirci quali modifiche sulla superficie delle nanostrisce indurranno ulteriori miglioramenti nelle proprietà elettroniche dei PNR.
La ricerca“Phosphorene Nanoribbon-Augmented Optoelectronics for Enhanced Hole Extraction“e stato pubblicato sulJournal of The American Chemical Society(2021)
