Gli scienziati sono stati in grado di determinare la disposizione spaziale delle molecole di bipiridina (grigia) su una superficie di atomi di nichel e ossigeno (giallo/rosso). La rotazione cambia la transconfigurazione (davanti a destra) in una configurazione cis (davanti a sinistra). Credito:Università di Basilea, Dipartimento di Fisica
Gli scienziati dell'Università di Basilea hanno trovato un modo per modificare la disposizione spaziale delle molecole di bipiridina su una superficie. Questi potenziali componenti delle celle solari sensibilizzate al colorante formano complessi con i metalli e quindi alterano la loro conformazione chimica. I risultati di questa collaborazione interdisciplinare tra chimici e fisici di Basilea sono stati recentemente pubblicati sulla rivista scientifica ACS Omega .
Le celle solari sensibilizzate al colorante sono state considerate per molti anni un'alternativa sostenibile alle celle solari convenzionali, anche se la loro resa energetica non è ancora del tutto soddisfacente. L'efficienza può essere aumentata con l'uso di celle solari tandem, dove le celle solari sensibilizzate al colorante sono impilate l'una sull'altra.
Il modo in cui la tintura, che assorbe la luce del sole, è ancorato al semiconduttore svolge un ruolo cruciale nell'efficacia di queste celle solari. Però, l'ancoraggio dei coloranti su superfici di ossido di nichel, particolarmente adatte per celle sensibilizzate in tandem, non è ancora sufficientemente compreso.
Legame sulle superfici
Nel corso di una collaborazione interdisciplinare, scienziati dell'Istituto svizzero di nanoscienze e dei dipartimenti di fisica e chimica dell'Università di Basilea hanno studiato come singole molecole di bipiridina si legano all'ossido di nichel e alle superfici d'oro.
I cristalli di bipiridina servivano come molecola di ancoraggio per le cellule sensibilizzate al colorante su una superficie di semiconduttore. Questa ancora lega i complessi metallici, che a sua volta può poi essere utilizzato per legare i vari coloranti.
La configurazione della molecola di bipiridina viene modificata legando un atomo di ferro (marrone). La composizione chimica delle molecole è la stessa, ma la loro disposizione spaziale e le proprietà chimiche sono molto diverse. Credito:Università di Basilea, Dipartimento di Fisica
Con l'ausilio di microscopi a scansione di sonda, l'indagine ha determinato che inizialmente le molecole di bipiridina si legano in modo piatto alla superficie nella loro configurazione trans. L'aggiunta di atomi di ferro e un aumento della temperatura provocano una rotazione attorno ad un atomo di carbonio nella molecola di bipiridina e portano quindi alla formazione della configurazione cis.
"La composizione chimica della configurazione cis e trans è la stessa, ma la loro disposizione spaziale è molto diversa. "Il cambiamento di configurazione può essere chiaramente distinto sulla base delle misurazioni del microscopio a sonda a scansione, " conferma il fisico sperimentale Professor Ernst Meyer.
Complessi metallici in una configurazione modificata
Questo cambiamento nella disposizione spaziale è il risultato della formazione di un complesso metallico, come confermato dagli scienziati attraverso il loro esame della bipiridina su una superficie d'oro.
Durante la preparazione delle celle solari sensibilizzate al colorante, queste reazioni avvengono in una soluzione. Però, l'esame delle singole molecole e del loro comportamento è possibile solo con l'utilizzo di microscopi a scansione di sonda nel vuoto.
"Questo studio ci ha permesso di osservare per la prima volta come le molecole che sono saldamente legate a una superficie cambiano la loro configurazione, " riassume Meyer. "Questo ci permette di capire meglio come si comportano le molecole di ancoraggio sulle superfici di ossido di nichel".
