Tu sei qui: Home Sezioni Ricerca Linee di ricerca Materiali per microelettronica e fotonica Fotofisica avanzata di nanomateriali funzionali

Fotofisica avanzata di nanomateriali funzionali

Sergio Brovelli, Angelo Monguzzi, Francesco Meinardi

Il gruppo ha una lunga tradizione nello sviluppo di materiali organici ed ibridi organico-inorganico per applicazioni in fotonica ed elettronica molecolare. Più recentemente l’attività di ricerca si è allargata allo studio di proprietà fondamentali e possibili applicazioni di nanostrutture colloidali semiconduttrici e cluster metallici che rientrano nell’ambito dei materiali funzionali processabili in soluzione.

 

L’attività del gruppo comprende le seguenti tematiche:

 

Spettroscopia avanzata di nanocristalli colloidali semiconduttori

I nanocristalli semiconduttori sono materiali funzionali di crescente interesse applicativo in molteplici ambiti tecnologici quali l’illuminazione a stato solido, il fotovoltaico, la tecnologia laser, l’imaging biologico e le sorgenti a singolo fotone. I nanocristalli semiconduttori sono processabili in soluzione e presentano elevate efficienze di emissione a lunghezze d’onda selezionabili tramite controllo dimensionale del materiale. Inoltre, strategie quali l’ingegnerizzazione delle funzioni d’onda in etero-strutture nanocristalline e il drogaggio con ioni metallici forniscono gradi di libertà aggiuntivi per il controllo delle loro proprietà elettriche e fotofisiche. La nostra ricerca è focalizzata su aspetti fondamentali ed applicativi della fotofisica dei nanocristalli semiconduttori tramite spettroscopia risolta in tempo nel regime ultraveloce e magneto-ottica a campi elevati. Lo scopo della nostra ricerca è la comprensione ed il controllo dei processi fotofisici sottesi alla realizzazione di dispositivi quali diodi ad emissione di luce, concentratori solari luminescenti e celle fotovoltaiche a base di nanocristalli colloidali.

 

Up-conversion non-coerente

I più recenti sviluppi nei settori del fotovoltaico e della produzione di idrogeno fotoassistita prevedono l’adattamento dello spettro solare alle caratteristiche dei dispositivi attraverso processi di photon-managing anziché l’adattamento di questi ultimi allo spettro solare. In questo ambito gli approcci tradizionali dell’ottica non lineare  non sono applicabili in quanto richiedendo potenze di eccitazione ordini di grandezza superiori all’irradianza solare. La nostra attività è volta allo sviluppo di sistemi organici multicomponente che sfruttando processi di annichilazione di stati metastabili permettono di raggiungere elevate efficienze di up-conversion con radiazione non coerente di bassissima intensità. Le ricerche svolte hanno affrontato sia aspetti di carattere fondamentale che lo sviluppo di materiali innovativi applicabili a dispositivi reali.  I risultati di questo lavoro hanno ricadute non solo nel settore delle energie rinnovabili ma anche in quelli delle sorgenti di luce a stato solido e in quello del micro-imaging.

 

Concentratori Solari Luminescenti.

I concentratori solari luminescenti (LSC) sono dispositivi di photon management in grado di complementare i sistemi fotovoltaici tradizionali aumentando l’efficienza per unità di area di celle solari convenzionali e permettendo la realizzazione di nuovi dispositivi fotovoltaici integrabili architettonicamente come, ad esempio, finestre fotovoltaiche semitrasparenti. Un tipico LSC consiste in una guida ottica di materiale plastico trasparente drogata con fluorofori o in una lastra di vetro ricoperta di uno strato attivo di materiale emissivo. La luce solare penetra nella lastra e viene assorbita dai fluorofori che ri-emettono a lunghezze d’onda maggiori. La luminescenza, guidata per riflessione totale, raggiunge i bordi del concentratore dove è convertita in elettricità da una cella fotovoltaica accoppiata lungo i lati della lastra. Il nostro team di ricerca si dedica allo sviluppo di emettitori avanzati per LSC efficienti e di grandi dimensioni che richiedono efficienze di emissione elevate, un’ampia ricopertura dello spettro solare e una minima sovrapposizione tra gli spettri di emissione ed assorbimento, in modo da sopprimere le perdite ottiche per ri-assorbimento. Inoltre, la nostra ricerca è incentrata sullo sviluppo di tecniche per l’incorporamento di emettitori in matrici polimeriche per fabbricare nanocompositi plastici che mantengano intatte le proprietà ottiche dei fluoro fori ospite.

 

Fotofisica avanzata di nanomateriali funzionali

 

Facilities

Il nostro team ha a disposizione una ampia gamma di strumentazione allo stato dell’arte per investigazioni spettroscopiche di una varietà di nanomateriali funzionali e un laboratorio di sintesi per la produzione e manipolazione di nanomateriali.

Tra la varia strumentazione presente nei nostri laboratori, disponiamo di un criomagnete a 5 Tesla con accesso ottico diretto per esperimenti di magneto-luminescenza a temperature fino a 1.6  K, un banco ottico per spettroscopia di luminescenza ultra-veloce con risoluzione di pochi ps, un microscopio confocale per spettroscopia a molecola/particella singola, un setup per assorbimento fotoindotto nel regime temporale dei nanosecondi.