La prossima generazione di celle solari e dispositivi optoelettronici sarà realizzata impilando fogli di grafene con altri strati sottili ottenuti da diversi elementi chimici. Gli scienziati della Università di Manchester e della Università Nazionale di Singapore sono pronti a scommetterci: la costruzione di strutture tridimensionali costituite da diversi strati monoatomici, in breve tempo permetterà la realizzazione di dispositivi elettronici del tutto innovativi e con proprietà davvero sorprendenti.

Secondo quanto pubblicato dalla prestigiosa rivista Science, questa scoperta rappresenta una vera e propria svolta epocale. A titolo di esempio, i nuovi materiali permetteranno di ottenere l’energia elettrica necessaria per la gestione di un intero edificio semplicemente trasformando l’energia solare assorbita dai muri esposti alla luce: in più, l’energia raccolta potrà essere utilizzata a piacimento per modulare la trasparenza e la riflettività delle finestre, in base al variare di condizioni climatiche esterne come  temperatura e luminosità.

Le scoperte sul grafene e le sue applicazioni, che nel 2010 sono valse il premio Nobel ai due fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov dell'Università di Manchester, hanno aperto la strada allo studio di una intera famiglia di materiali costituiti da strati monoatomici. In generale, questi cristalli bidimensionali presentano una vasto range di proprietà eccezionali, che spaziano dalla conducibilità all’isolamento, dalla opacità alla trasparenza, ecc. Impilando diversi strati monoatomici è possibile realizzare materiali che accorpano le specifiche proprietà dei diversi strati monoatomici, motivo per cui gli scienziati ritengono che queste eterostrutture abbiano le potenzialità per realizzare i dispositivi elettronici del futuro.

Attualmente i ricercatori di Manchester e Singapore stanno lavorando alla combinazione di diversi cristalli bidimensionali, al fine di raggiungere funzionalità non altrimenti conseguibili dai singoli materiali, ma tali da renderli idonei alla realizzazione di dispositivi per l’optoelettronica e la fotonica. Combinando uno strato di grafene con uno o più strati moatomici di altri materiali, nello specifico dicalcogenuri di metalli di transizione (Transition Metal Dichalcogenides - TMDC), i ricercatori potranno realizzare dispositivi fotovoltaici estremamente sensibili ed efficienti. I primi risultati ottenuti dall’attività sperimentale sono stati infatti talmente promettenti da far ipotizzare a breve termine la realizzazione di fotorilevatori ultrasensibili e celle fotovoltaiche particolarmente efficienti.

Gli strati TMDC presentano infatti ottime proprietà di assorbimento della luce, mentre gli strati di grafene agiscono come strati conduttivi trasparenti. I primi dispositivi realizzati, pur essendo ancora nella fase prototipale, hanno dimostrato da subito funzionalità sorprendenti: per questo motivo i ricercatori dell’Università di Manchester si aspettano di ampliare al più presto le librerie di cristalli bidimensionali a loro disposizione, in modo da realizzare in breve tempo una nuova generazione di dispositivi in grado di rivoluzionare il mondo dell’elettronica.

Fonte e immagine: University of Manchester