I ricercatori del NIMS hanno chiarito la relazione tra la fotocorrente e i peculiari cambiamenti nella struttura di assorbimento che si verificano in prossimità dell'interfaccia molecolare-elettrodo nelle celle solari sensibilizzate con colorante
Il Gruppo Fotovoltaico Ibrido Organico/Inorganico del NIMS, Centro di ricerca globale per l'ambiente e l'energia basato sulla scienza dei nanomateriali (VERDE), ha chiarito la relazione tra la fotocorrente e i peculiari cambiamenti nella struttura di assorbimento che si verificano in prossimità dell'interfaccia molecolare-elettrodo nelle celle solari sensibilizzate con colorante, conducendo un esperimento con radiazioni a raggi X molli presso l'High Energy Accelerator Research Organization (KEK).
Un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Mitsunori Honda (ricercatore post-dottorato; attualmente ricercatore a tempo determinato presso il Quantum Beam Science Directorate R&D Directory della Japan Atomic Agency (JAEA)) e il Dr. Masatoshi Yanagida (Group Leader) dell'Organic /Inorganic Hybrid Photovoltaics Group del Centro di ricerca globale per l'ambiente e l'energia basato sulla scienza dei nanomateriali (GREEN; guidato dal direttore generale Kohei Uosaki) dell'Istituto nazionale per la scienza dei materiali (NIMS; guidato dal presidente Sukekatsu Ushioda) ha chiarito la relazione tra il fotocorrente e i peculiari cambiamenti nella struttura di assorbimento che si verificano in prossimità dell'interfaccia molecolare-elettrodo nelle celle solari sensibilizzate con colorante, conducendo un esperimento con radiazioni a raggi X molli presso l'High Energy Accelerator Research Organization (KEK).
Le celle solari sensibilizzate al colorante attirano l'attenzione come un tipo di celle solari di nuova generazione a basso costo e ad alta flessibilità. Però, per la loro applicazione commerciale, è necessario ottenere una maggiore efficienza di conversione fotoelettrica (soprattutto in termini di fotocorrente) oltre il livello attualmente disponibile. Nelle celle solari sensibilizzate al colorante, poiché i coloranti assorbono la luce e separano le cariche, si pensa che la fotocorrente dipenda dalla struttura di assorbimento del colorante, e quindi la delucidazione e il controllo della struttura di assorbimento su dispositivi reali sono indispensabili per aumentare l'efficienza di conversione.
Il gruppo di ricerca ha analizzato la struttura di assorbimento di N719, un colorante complesso di metallo rutenio, utilizzando la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e l'analisi dell'assorbimento di raggi X vicino alla struttura del bordo per studiare la struttura elettronica delle molecole di colorante. Normalmente, Il colorante N719 viene assorbito sulla superficie del TiO2 tramite un gruppo carbossilico (COOH). Però, il risultato dell'esperimento ha mostrato che c'era una forte interazione tra NCS- (ligando tiocianato) e TiO2. Una tale struttura di assorbimento non era stata presa in considerazione nel modello precedente ma avrebbe potuto ostacolare la fotocorrente.
L'esperimento ha anche rivelato che la forte interazione tra NCS e TiO2 scomparirebbe con l'assorbimento simultaneo del colorante D131 (un colorante che dimostra forti proprietà di assorbimento della luce nell'intervallo di lunghezze d'onda corte ed è ampiamente utilizzato come agente di co-assorbimento). Il team di ricerca ha controllato la struttura di assorbimento ottimale sulla base di questo risultato dell'esperimento e ha scoperto che l'efficienza quantica esterna aumenterebbe nella gamma di luce visibile delle celle solari (circa lo 0,3% di aumento dell'efficienza di conversione fotoelettrica sotto la luce solare).
