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Ultrafast Spectroscopies for Dye Sensitised Solar Cell study and Optimisation

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Immaginografia ultraveloce del funzionamento delle celle solari

Il recupero dell'energia solare rappresenta attualmente uno degli obiettivi principali della comunità europea nell'ottica di una riduzione della dipendenza dai combustibili fossili e, al contempo, di un investimento nelle risorse rinnovabili. Alcuni ricercatori finanziati dall'UE hanno sviluppato tecnologie in grado di attivare la caratterizzazione della nuova generazione di celle solari.

Energia

La maggior parte dei dispositivi fotovoltaici (PV), che generano tensione e corrente a partire dall'energia solare, si basa sul flusso e sulla separazione di elettroni correlati alle giunzioni p-n dei semiconduttori nei dispositivi. Le celle solari sensitivizzate con coloranti (DSSC), d'altro canto, si basano su un flusso di elettroni in un sistema formato da un anodo in ossido di titanio (TiO2) foto-sensitivizzato (coperto con un colorante molecolare che assorbe la luce del sole), un elettrolita liquido e un catodo in platino. Sebbene le DSSC offrano un'alternativa tecnicamente fattibile ed economica ai dispositivi PV tradizionali, la comprensione del funzionamento di tali strumenti non è ancora chiara e sarebbe al contempo auspicabile una maggiore efficienza degli stessi. Le spettroscopie ultraveloci (nell'ordine di femtosecondi o di quadrillioni di secondi) offrono la tecnologia adatta allo studio della fotoelettrochimica delle DSSC. I ricercatori europei hanno avviato il progetto ULTRADSSC ("Ultrafast spectroscopies for dye sensitised solar cell study and optimisation") allo scopo di condurre la prima caratterizzazione elettroottica delle DSSC. Gli scienziati hanno analizzato varie tecniche di deposizione del TiO2 considerando il ruolo fondamentale rivestito da tali strumenti nei meccanismi di trasporto di carica. La microscopia a forza atomica è stata utilizzata per la valutazione delle proprietà strutturali e di superficie dei film di TiO2. Inoltre, allo scopo di ottimizzare il funzionamento dell'anodo, sono stati testati numerosi materiali diversi dal costoso platino. Gli sperimentatori hanno quindi condotto una valutazione delle caratteristiche elettroottiche di un dispositivo prototipo che utilizza un simulatore di sole. In particolare, si è scoperto che la fotocorrente prodotta dall'illuminazione laser è in grado di aumentare con l'angolo di incidenza della luce, dando prova di miglioramenti fino al 25% che potrebbero essere utili per la progettazione di nuovi dispositivi. Infine, i partner del progetto ULTRADSSC hanno creato il laboratorio di spettroscopia ultraveloce con risoluzione che comprende una fonte laser a femtosecondi, uno spettrometro per immaginografia e una fotocamera raffreddata con dispositivo a carica accoppiata (CCD). Il lavoro dei materiali sperimentali, combinato con la creazione della spettroscopia ultraveloce, consente al team del progetto ULTRADSSC di studiare il trasferimento di elettroni dalle molecole di coloranti allo scopo di garantirne un funzionamento solido come elettrodo. Una migliore comprensione dei meccanismi delle DSSC dovrebbe condurre alla creazione di esemplari più efficienti ed economici, con importanti implicazioni per il mercato internazionale dell'energia solare.

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