Le celle solari sensibilizzate al colorante (DSSC) si basano su coloranti che assorbono la luce per mobilitare una corrente di elettroni e sono una promettente fonte di energia pulita. Jishan Wu dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering e colleghi di Singapore hanno ora sviluppato coloranti alla porfirina di zinco che raccolgono la luce sia nella parte visibile che nel vicino infrarosso dello spettro1. La loro ricerca suggerisce che la modifica chimica di questi coloranti potrebbe aumentare la produzione di energia dei DSSC.

I DSSC sono più facili ed economici da produrre rispetto alle celle solari al silicio convenzionali, ma attualmente hanno un'efficienza inferiore. I coloranti a base di rutenio sono stati tradizionalmente utilizzati nei DSSC, ma nel 2011 i ricercatori hanno sviluppato un colorante più efficiente basato su un atomo di zinco circondato da una molecola a forma di anello chiamata porfirina. Le celle solari che utilizzano questo nuovo colorante, chiamato YD2-o-C8, convertire la luce visibile in elettricità con un'efficienza fino al 12,3%. Il team di Wu mirava a migliorare tale efficienza sviluppando un colorante di porfirina di zinco che può anche assorbire la luce infrarossa.

I coloranti di maggior successo sviluppati dal team di Wu, WW-5 e WW-6, unire un nucleo di porfirina di zinco con un sistema di anelli di carbonio fusi collegati da un atomo di azoto, noto come gruppo perilenico N-annulato. Le celle solari contenenti questi coloranti hanno assorbito più luce infrarossa rispetto a YD2-o-C8 e hanno avuto efficienze fino al 10,5%, corrispondenza delle prestazioni di una cella YD2-o-C8 nelle stesse condizioni di test (vedi immagine).

Calcoli teorici indicano che collegando le sezioni porfirina e perilenica di questi coloranti mediante un triplo legame carbonio-carbonio, che agisce come un linker ricco di elettroni, migliorato il flusso di elettroni tra di loro. Questo legame ha anche ridotto l'energia luminosa necessaria per eccitare gli elettroni nella molecola, aumentando la capacità del colorante di raccogliere la luce infrarossa.

L'aggiunta di gruppi chimici voluminosi ai coloranti ha anche migliorato la loro solubilità e ha impedito loro di aggregarsi, cosa che tende a ridurre l'efficienza dei DSSC.

Però, sia WW-5 che WW-6 sono leggermente meno efficienti di YD2-o-C8 nel convertire la luce visibile in elettricità, e producono anche una tensione inferiore. "Stiamo ora cercando di risolvere questo problema attraverso modifiche basate sulla struttura chimica di WW-5 e WW-6, "dice Wu.

Il confronto dei risultati di più coloranti perilene-porfirina dovrebbe indicare modi per superare questi ostacoli, e può persino estendere ulteriormente l'assorbimento della luce nell'infrarosso. "La priorità assoluta è migliorare l'efficienza della conversione di potenza, ", afferma Wu. "Il nostro obiettivo è quello di spingere l'efficienza a oltre il 13% nel prossimo futuro".