Transport elektronowy w barwnikowych ogniwach słonecznych
Barwnikowe ogniwa słoneczne (DSSC) opierają się na osadzaniu się cienkiej warstwy barwnika fotoczułego na przewodzącym substracie, takim jak porowata warstwa nanocząsteczek tlenku tytanu (TiO2). Podczas gdy DSSC przedstawiają prostą i opłacalną alternatywę dla konwencjonalnych ogniw słonecznych (złącza p-n), kwestie wydajności stanowią główną przeszkodę dla ich powszechnego wdrożenia. Europejscy naukowcy finansowani przez UE w ramach projektu Nanosol podjęli sie przeprowadzenia szczegółowej analizy fotozachowania trzech nowoczesnych niezawierających metalu barwników organicznych. W szczególności, przebadali barwniki w roztworze oraz na 9 różnych morfologiach materiałów mezoporowych uszlachetnionych tytanem (z porami o średnicy 2–50 nanometrów) w obecności i przy nieobecności nanocząsteczek TiO2. Badania nad pozbawionymi metalu barwnikami w roztworze wykazały znaczenie stanu kompleksu z przeniesieniem ładunku (rozprowadzenie ładunku po molekułach w interfejsie donorowo-akceptorowym) w fotozachowaniu barwnika oraz roli rozpuszczalnika w wydajności. Dalsze badania barwników w obecności konwencjonalnie stosowanych nanocząsteczek TiO2 ilustrują ważną dynamikę elektronową w skali femtosekundowej (biliardowych części sekundy), dostarczając informacje na temat sprawnej separacji ładunku oraz wydajności ogniw słonecznych. Zbadano również nanorurki tytanowe o strukturze jednowymiarowej (1D) i porównano je z nanocząsteczkami TiO2, wykazując podobną dynamikę elektronów. Wreszcie dokonano oceny uszlachetnionych tytanem krzemionkowych sit mezoporowych, będących kolejną klasą materiałów 1D. Choć w samym materiale zaobserwowano obiecującą dynamikę elektronów, uzyskane w wyniku ogniwa słoneczne wykazały sie niską wydajnością z powodu mniej efektywnego ładowania barwnika i ograniczonego transportu elektronów. Naukowcy uczestniczący w projekcie Nanosol skutecznie scharakteryzowali interakcję materiałów tytanowych z wysokiej klasy barwnikami organicznymi użytecznymi dla DSSC, przy nacisku na wydajność ogniw słonecznych. Wyniki powinny przynieść wymierne korzyści dla przyszłego projektowania bardziej wydajnych DSSC i w ten sposób zachęcać do ich wdrażania na szeroką skalę. Tego typu postępy przyniosą korzyści finansowe zarówno producentom, jak i konsumentom i pomogą ograniczyć zależność od paliw kopalnych.
