Scienziati europei hanno studiato il flusso di elettroni in sistemi di coloranti organici fotosensibili e materiali a base di titanio. I risultati sono particolarmente importanti per aumentare l'efficienza di una classe economica di celle solari e hanno un'ampia applicazione potenziale alla nanotecnologia e alla scienza dell'energia pulita.

Le celle solari sensibilizzate al colorante (DSSC) si basano sulla deposizione di un film sottile di colorante fotosensibile su un substrato conduttivo come uno strato poroso di nanoparticelle di ossido di titanio (TiO2).

Mentre i DSSC rappresentano un'alternativa semplice ed economica alle celle solari convenzionali (giunzione p-n), problemi con l'efficienza sono stati un ostacolo per l'implementazione diffusa.

I ricercatori europei supportati dal finanziamento dell'UE del progetto Nanosol hanno cercato di condurre un'analisi dettagliata del fotocomportamento di tre nuovi coloranti organici privi di metalli.

Nello specifico, hanno studiato i coloranti in soluzione e su 9 diverse morfologie di materiali mesoporosi drogati con titanio (con pori di diametro 2-50 nanometri) in assenza e presenza di nanoparticelle di TiO2.

Gli studi sui coloranti liberi in soluzione hanno dimostrato l'importanza dello stato del complesso di trasferimento di carica (la distribuzione della carica sulle molecole all'interfaccia donatore-accettore) nel fotocomportamento del colorante e il ruolo del solvente nell'efficienza.

Ulteriori studi sui coloranti in presenza di nanoparticelle di TiO2 usate convenzionalmente hanno illustrato importanti dinamiche degli elettroni sulla scala dei femtosecondi (quadrilionesimo di secondo) fornendo informazioni sull'efficiente separazione di carica e sulle prestazioni delle celle solari.

Sono stati inoltre studiati e confrontati nanotubi di titanio con struttura unidimensionale (1D) con nanoparticelle di TiO2, dimostrando dinamiche elettroniche simili.

Finalmente, setacci mesoporosi in silice drogata con titanio, un'altra classe 1D di materiali, sono stati valutati. Sebbene nel materiale stesso siano state osservate promettenti dinamiche elettroniche, le celle solari risultanti hanno funzionato male a causa del caricamento del colorante meno efficiente e del trasporto limitato di elettroni.

I ricercatori di Nanosol hanno caratterizzato in modo efficace l'interazione dei materiali a base di titanio con un'importante classe di coloranti organici rilevanti per le DSSC, con particolare attenzione all'efficienza delle celle solari.

I risultati dovrebbero rivelarsi utili nella progettazione futura di DSSC più efficienti e quindi incoraggiare la loro implementazione diffusa. Tali sviluppi forniranno vantaggi in termini di costi a produttori e consumatori e contribuiranno a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili.