Le celle solari stanno rapidamente diventando uno dei modi principali per produrre elettricità pulita in molti paesi del mondo. Negli ultimi decenni, un'enorme quantità di sforzi è stata dedicata a rendere più importante l'energia solare. Tuttavia, la tecnologia attualmente deve affrontare diverse sfide che limitano l'applicazione diffusa.

Nel caso delle celle solari sensibilizzate al colorante (DSSC), una tecnologia fotovoltaica molto promettente, uno dei problemi principali è l'aggregazione del colorante. In base alla progettazione, i DSSC sono sistemi elettrochimici che imitano la fotosintesi nelle piante; si basano su speciali coloranti fotosensibili per convertire la luce solare in elettricità. Idealmente, il colorante dovrebbe essere applicato uniformemente sulla superficie di un elettrodo di ossido dietro uno strato trasparente in modo che l'energia dalla luce solare assorbita possa essere trasferita facilmente agli elettroni del colorante. Questo processo genera elettroni liberi che alimentano un circuito esterno. Tuttavia, la maggior parte dei coloranti tende ad aggregarsi sulla superficie dell'elettrodo in modo da ostacolare il flusso desiderato sia di luce che di cariche elettriche. Ciò ha un impatto negativo sulle prestazioni dei DSSC che si è rivelato difficile da superare.

Fortunatamente, un team di scienziati guidato dal Professore Associato Tomohiko Inomata del Nagoya Institute of Technology, in Giappone, potrebbe aver appena trovato una soluzione a questo problema. Nel loro recente studio pubblicato su RSC Advances , hanno dimostrato che alcuni liquidi ionici (sali fusi che sono allo stato liquido a temperature relativamente basse) possono sopprimere l'aggregazione del colorante in misura impressionante. Altri membri di questo gruppo di ricerca includevano la Sig.ra Ayaka Matsunaga e il Prof. Tomohiro Ozawa del Nagoya Institute of Technology e il Prof. Hideki Masuda dell'Aichi Institute of Technology, Giappone.

Ma come fanno i liquidi ionici a raggiungere questa impresa? Per far luce sull'esatto meccanismo in gioco, i ricercatori si sono concentrati su due liquidi ionici con dimensioni molecolari marcatamente diverse e due tipi di coloranti. Entrambi i liquidi ionici avevano una struttura molecolare simile comprendente un ancoraggio che si lega bene all'elettrodo (biossido di titanio, TiO₂ ), una catena polimerica principale che collega questa ancora a un atomo di fosforo e tre catene polimeriche corte aggiuntive che sporgono dall'atomo di fosforo e si allontanano dalla catena "verticale" principale.

I ricercatori hanno sommerso il TiO₂ elettrodi in soluzioni con diverse proporzioni colorante-ionico-liquido e analizzato attentamente come le diverse molecole aderivano ad essi. Dopo aver ottimizzato la procedura di sintesi, hanno scoperto che i DSSC realizzati utilizzando il liquido ionico con una struttura molecolare più lunga avevano prestazioni notevolmente migliori rispetto alle loro controparti con elettrodi di ossido non modificati. "La struttura molecolare spazialmente voluminosa dei liquidi ionici agisce come un efficace agente antiaggregante senza influire in modo significativo sulla quantità di colorante adsorbito nell'elettrodo", spiega il dott. Inomata. "Soprattutto, l'introduzione del liquido ionico più grande migliora tutti i parametri fotovoltaici dei DSSC."

Inutile dire che il miglioramento della tecnologia delle celle solari potrebbe darci un vantaggio nella lotta contro la crisi energetica e climatica in corso. Sebbene i liquidi ionici siano in genere costosi, il modo in cui vengono utilizzati dal team è, in effetti, conveniente. "In parole povere, l'idea è di applicare liquidi ionici solo sulla parte richiesta del dispositivo, in questo caso la superficie dell'elettrodo", afferma il dottor Inomata.

Il team ritiene che l'uso diffuso di elettrodi modificati con liquidi ionici potrebbe aprire la strada a materiali altamente funzionali ma convenienti per celle solari e sistemi catalitici. Poiché la struttura dei liquidi ionici può essere regolata durante la loro sintesi, offrono una versatilità tanto necessaria come agenti antiaggreganti. + Esplora ulteriormente

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