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From Femto- to Millisecond and From Ensemble to Single Molecule Photobehavior of Some Nanoconfined Organic Dyes for Solar Cells Improvement

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Transporte electrónico en células solares basadas en colorantes

Científicos europeos estudiaron el flujo de los electrones en sistemas de colorantes fotosensibles orgánicos y materiales con base de titanio. Los resultados son particularmente relevantes para aumentar la eficiencia de una clase rentable de células solares y podrían ampliar las aplicaciones en nanotecnología y en las ciencias dedicadas al estudio de una energía limpia.

Energía

Las células solares sensibilizadas por colorantes (DSSC) se basan en la deposición de una película fina de un colorante fotosensible sobre un substrato conductor como una capa porosa de nanopartículas de óxido de titanio (TIO2). Aunque las DSSC representan una alternativa sencilla y rentable a las células solares convencionales (unión p-n), los problemas de eficiencia han sido un gran obstáculo para la difusión de su puesta en servicio. Los investigadores europeos del proyecto Nanosol, financiado por la Unión Europea, buscaban realizar análisis detallado del fotocomportamiento de tres nuevos colorantes orgánicos sin metales. Específicamente, estudiaron los colorantes en una solución y con nueve morfologías diferentes de materiales mesoporosos dopados con titanio (con poros con un diámetro de 2-50 nanómetros), en ausencia y presencia de nanopartículas de TIO2. Los estudios de los colorantes libres en solución demostraron la importancia del estado del complejo de transferencia de carga (la distribución de carga en las moléculas en la interfase donante-receptor) para el fotocomportamiento de los colorantes y el papel que desempeña el solvente en la eficiencia. Estudios adicionales de los colorantes en presencia de nanopartículas de TIO2 de uso convencional ilustraron la importancia de la dinámica electrónica a escala de femtosegundos (milbillonésima de segundo), proporcionando información importante sobre la separación eficiente de la carga y el rendimiento de las células solares. También se estudiaron nanotubos de titanio de estructura unidimensional (1D) y se compararon con nanopartículas de TIO2, mostrando una dinámica electrónica similar. Finalmente, se evaluaron cribas mesoporosas de sílice dopado con titanio, otra clase de materiales 1D. Aunque se observó una dinámica electrónica prometedora en el material mismo, las células solares resultantes ofrecieron un rendimiento pobre debido a la carga menos eficiente del colorante y a un transporte electrónico limitado. Los investigadores de Nanosol caracterizaron eficazmente la interacción de materiales con base de titanio con una clase importante de colorantes orgánicos relevantes para las DSSC, centrándose en la eficiencia de las células solares. Los resultados deberían ser de utilidad para el diseño futuro de DSSC más eficientes e impulsar una implementación más extendida. Estos avances permitirán reducir los costes para fabricantes y consumidores y la dependencia de los combustibles fósiles.

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