I complessi di metalli di transizione nelle celle solari a base di colorante sono responsabili della conversione della luce in energia elettrica. Per descrivere questa conversione è stato utilizzato un modello di separazione spaziale della carica all'interno della molecola. Però, un'analisi a BESSY II mostra che questa descrizione del processo è troppo semplice. Per la prima volta, un team ha studiato i processi fotochimici fondamentali attorno all'atomo di metallo e ai suoi ligandi. Lo studio è stato ora pubblicato su Angewandte Chemie, Edizione Internazionale ed è riportato in copertina.

Le celle solari organiche come le celle di Grätzel sono costituite da coloranti basati su composti di complessi di metalli di transizione. La luce solare eccita gli elettroni esterni del complesso in modo tale che vengano trasportati dagli orbitali al centro del complesso metallico negli orbitali dei composti adiacenti. Fino ad ora, si presumeva che i portatori di carica fossero separati spazialmente in questo processo e quindi rimossi in modo che potesse fluire una corrente elettrica. Un team guidato da Alexander Föhlisch all'HZB è stato ora in grado di chiarire che non è così.

Utilizzando i brevi impulsi a raggi X di BESSY II in modalità alfa bassa, sono stati in grado di seguire ogni fase del processo in un complesso di ferro innescato dalla fotoeccitazione con un impulso laser. "Possiamo osservare direttamente come l'impulso laser spopola gli orbitali 3-D del metallo, " spiega Raphael Jay, dottorato di ricerca studente e primo autore dello studio. Con l'aiuto di calcoli teorici, sono stati in grado di interpretare i dati di misurazione dalla spettroscopia di assorbimento dei raggi X risolta nel tempo in modo molto accurato. Emerge il seguente quadro:Inizialmente, l'impulso laser provoca infatti la delocalizzazione degli elettroni dell'orbitale 3-D dell'atomo di ferro sui leganti adiacenti. Però, questi ligandi a loro volta respingono immediatamente la carica elettronica nella direzione dell'atomo di metallo, compensando così immediatamente la perdita di carica sul metallo e la conseguente separazione iniziale dei portatori di carica.

Questi risultati possono contribuire allo sviluppo di nuovi materiali per le celle solari sensibilizzate al colorante. Per fino ad ora, complessi di rutenio sono stati abitualmente utilizzati nelle celle solari organiche. Il rutenio è un elemento raro e quindi costoso. I complessi di ferro sarebbero significativamente più economici, ma sono caratterizzati da alti tassi di ricombinazione tra portatori di carica. Ulteriori studi riveleranno quali sono le caratteristiche di mediazione nei complessi di metalli di transizione affinché la luce possa essere convertita in modo efficiente in energia elettrica.