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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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Trasporto di elettroni in celle solari a base di coloranti

Alcuni scienziati europei hanno studiato il flusso di elettroni in sistemi di coloranti organici fotosensibili e di materiali in titanio. I risultati sono particolarmente importanti nell'ottica dell'aumento dell'efficienza di una classe economica di celle solari e registrano un'ampia applicazione potenziale nel campo delle nanotecnologie e della scienza dell'energia pulita.

Energia

Le celle solari sensitivizzate con coloranti (DSSC) si basano sulla deposizione di una sottile pellicola di colorante fotosensibile su un substrato conduttivo, come ad esempio uno strato poroso di nanoparticelle di ossido di titanio (TiO2). Mentre le DSSC rappresentano un'alternativa semplice ed economica alle celle solari tradizionali (giunzione p-n), i problemi correlati all'efficienza hanno rappresentato un ostacolo all'implementazione diffusa di tali dispositivi. Alcuni ricercatori europei, sostenuti dai finanziamenti dell'UE stanziati per il progetto Nanosol, hanno tentato di condurre un'analisi dettagliata del fotocomportamento di tre nuovi coloranti organici non metallici. Nello specifico, gli esperti hanno studiato i coloranti in soluzione e su 9 diverse morfologie di materiali mesoporosi (con pori del diametro di 2-50 nanometri) drogati al titanio in assenza e in presenza di nanoparticelle di TiO2. Gli studi condotti sui coloranti liberi in soluzione hanno dimostrato l'importanza dello stato del complesso a trasferimento di carica (la distribuzione della carica sulle molecole nell'interfaccia donatore-accettore) nel fotocomportamento del colorante e del ruolo del solvente a livello di efficienza. Ulteriori studi sui coloranti in presenza di nanoparticelle di TiO2 tradizionalmente utilizzate hanno illustrato importanti dinamiche di elettroni sulla scala dei femtosecondi (quadrillione di un secondo) offrendo un'analisi della separazione efficiente della carica e delle prestazioni delle celle solari. Inoltre, lo studio dei nanotubi in titanio con una struttura unidimensionale (1D) e il confronto degli stessi con le nanoparticelle di TiO2 hanno dimostrato dinamiche di elettroni simili. Sono stati infine valutati i setacci mesoporosi in silice drogati al titanio, vale a dire un'altra classe 1D di materiali. Sebbene siano state osservate dinamiche di elettroni promettenti nel materiale stesso, le prestazioni delle celle solari derivanti da tale processo erano scarse, a causa di un caricamento di coloranti meno efficiente e di un trasporto di elettroni limitato. I ricercatori del progetto Nanosol hanno eseguito un'efficace caratterizzazione dell'interazione di materiali in titanio con una classe importante di coloranti organici relativi alle DSSC, rivolgendo un'attenzione particolare all'efficienza delle celle solari. I risultati dovrebbero rivelarsi utili nella progettazione futura di DSSC più efficienti e incoraggiarne, di conseguenza, un'implementazione diffusa. Tali sviluppi apporteranno benefici in termini di costi per i produttori e i consumatori e contribuiranno a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili.

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