Questi nanorod potrebbero cambiare il futuro dell'energia pulita

Un gruppo di ricercatori dell'Hefei Institutes of Physical Science, guidato dal professor Mingtai Wang dell'Accademia Cinese delle Scienze, ha messo a punto un nuovo metodo per la creazione di array di nanorod di biossido di titanio (TiO₂-NA). Il lavoro, pubblicato sulla rivista Small Methods, rappresenta un importante passo avanti nel campo della nanostrutturazione per applicazioni nell'energia pulita e nell'optoelettronica.

I nanorod a cristallo singolo di TiO₂ sono noti per la loro capacità di catturare la luce e condurre cariche elettriche, rendendoli materiali ideali per celle solari, fotocatalizzatori e sensori. Tuttavia, le tecniche di fabbricazione tradizionali pongono un limite significativo: i parametri chiave come densità, diametro e lunghezza dei nanorod sono interdipendenti, e modificarne uno spesso comporta effetti collaterali sugli altri, il che comprometterebbe le prestazioni finali dei dispositivi.

Come riportato da ScienceDaily, il nuovo approccio si basa sull'estensione mirata della fase di idrolisi durante la preparazione del film precursore. Questo permette la formazione di "catene di gel" più lunghe che danno origine a nanoparticelle di anatase più piccole. Una volta sottoposte a trattamento idrotermico, queste si trasformano direttamente in nanoparticelle di rutilo, che agiscono come semi per la crescita dei nanorod. In questo modo, i ricercatori sono riusciti a variare la densità dei nanorod senza alterarne né il diametro né l'altezza.

I film ottenuti sono stati testati all'interno di celle solari a base di CuInS₂, processate a bassa temperatura, raggiungendo un'efficienza di conversione energetica superiore al 10%, con un picco massimo del 10,44%. Per spiegare l'importanza della distanza tra i nanorod, il team ha introdotto un modello denominato Volume-Surface-Density, in grado di descrivere con precisione come la densità influenzi i meccanismi di intrappolamento della luce, separazione delle cariche e raccolta dei portatori.

Questa ricerca fornisce una strategia completa che collega regolazione macroscopica dei processi, evoluzione della microstruttura e ottimizzazione delle prestazioni dei dispositivi, superando le limitazioni imposte dai metodi convenzionali nella realizzazione di nanostrutture funzionali.