Ultraszybkie obrazowanie funkcji ogniw słonecznych
Większość urządzeń fotowoltaicznych (PV) – tj. takich, które generują napięcie i prąd z energii słonecznej – opartych jest na przepływie elektronów i ich oddzielaniu powiązanym ze złączami p-n półprzewodników w tych urządzeniach. Z kolei barwnikowe ogniwa słoneczne (DSSC) oparte są na przepływie elektronów w systemie składającym się ze światłoczułej (pokrytej molekularnym barwnikiem, który absorbuje światło słoneczne) anody tlenku tytanu (TiO2), ciekłego elektrolitu i katody platynowej. Podczas gdy DSSC stanowią technicznie wykonalną, opłacalną alternatywę dla konwencjonalnych urządzeń PV, wiedza na temat ich funkcjonowania wciąż jest znikoma, a zwiększenie wydajności byłoby mile widziane. Ultraszybkie (rzędu femtosekund lub biliardowych części sekundy) spektroskopie udostępniają technologię do badania fotoelektrochemii DSSC. Europejscy naukowcy zainicjowali projekt "Ultraszybkie spektroskopie na rzecz badania i optymalizacji wyczulonych na barwnik ogniw słonecznych" (ULTRADSSC) w celu przeprowadzenia pierwszej elektro-optycznej charakterystyki DSSC. Badacze dokonali oceny technik osadzania się TiO2, uwzględniając ich zasadniczą rolę w mechanizmach przeniesienia ładunku. Mikroskopię sił atomowych wykorzystano do oceny właściwości strukturalnych i powierzchniowych warstw TiO2. Dodatkowo przetestowano szereg materiałów, innych niż kosztowna platyna, w celu optymalizacji funkcji anody. Następnie naukowcy dokonali oceny charakterystyki elektrooptycznej urządzenia prototypowego przy wykorzystaniu symulatora słońca. W szczególności odkryto, że prąd fotoelektryczny wyprodukowany przez iluminację laserową wzrasta wraz z kątem padania światła, wykazując nawet do 25% poprawy, która mogłaby okazać się użyteczna w projektowaniu nowoczesnych urządzeń. Na koniec partnerzy projektu ULTRADSSC uruchomili laboratorium ultraszybkiej spektroskopii laserowej wykorzystującej źródło w postaci lasera femtosekundowego, spektrometr obrazujący oraz chłodzoną kamerę CCD (ze sprzężeniem ładunkowym). Działania w oparciu o materiały eksperymentalne w połączeniu z konfiguracją ultraszybkiej spektroskopii pozwalają zespołowi ULTRADSSC na badanie transferu elektronów z molekuł barwnika na powierzchni ciała stałego pełniącego funkcję elektrody. Lepsze zrozumienie mechanizmów DSSC powinno prowadzić do stworzenia sprawniejszych, bardziej opłacalnych DSSC o ważnych implikacjach dla międzynarodowego rynku energii słonecznej.
