Metal fører til den ønskede konfiguration

Forskere ved universitetet i Basel har fundet en måde at ændre det rumlige arrangement af bipyridinmolekyler på en overflade. Disse potentielle komponenter i farvesensibiliserede solceller danner komplekser med metaller og ændrer derved deres kemiske konformation. Resultaterne af dette tværfaglige samarbejde mellem kemikere og fysikere fra Basel blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift ACS Omega .

Farvesensibiliserede solceller har i mange år været betragtet som et bæredygtigt alternativ til konventionelle solceller. selvom deres energiudbytte endnu ikke er fuldt ud tilfredsstillende. Effektiviteten kan øges ved brug af tandem solceller, hvor de farvefølsomme solceller er stablet oven på hinanden.

Den måde, farvestoffet, som absorberer sollys, er forankret til halvlederen spiller en afgørende rolle i effektiviteten af ​​disse solceller. Imidlertid, farvestoffernes forankring på nikkeloxidoverflader – som er særligt velegnede til tandemfarvesensibiliserede celler – er endnu ikke tilstrækkeligt forstået.

Binding på overflader

I løbet af et tværfagligt samarbejde, forskere fra det schweiziske nanovidenskabsinstitut og afdelingerne for fysik og kemi ved universitetet i Basel undersøgte, hvordan enkelte bipyridinmolekyler binder sig til nikkeloxid- og guldoverflader.

Bipyridinkrystaller tjente som et ankermolekyle for farvestofsensibiliserede celler på en halvlederoverflade. Dette anker binder metalkomplekserne, som så igen kan bruges til at binde de forskellige farvestoffer.

Ved hjælp af scanning probe mikroskoper, undersøgelsen fastslog, at bipyridinmolekylerne oprindeligt binder fladt til overfladen i deres trans-konfiguration. Tilsætningen af ​​jernatomer og en stigning i temperaturen forårsager en rotation omkring et kulstofatom i bipyridinmolekylet og fører dermed til dannelsen af ​​cis-konfigurationen.

"Den kemiske sammensætning af cis- og trans-konfigurationen er den samme, men deres rumlige indretning er meget forskellig. "Ændringen i konfigurationen kan tydeligt skelnes på grundlag af scanning probe mikroskop målinger, " bekræfter eksperimentel fysiker professor Ernst Meyer.

Metalkomplekser i en modificeret konfiguration

Denne ændring i det rumlige arrangement er resultatet af dannelsen af ​​et metalkompleks, som bekræftet af forskerne gennem deres undersøgelse af bipyridinen på en guldoverflade.

Under fremstillingen af ​​de farvestofsensibiliserede solceller, disse reaktioner foregår i en opløsning. Imidlertid, undersøgelse af individuelle molekyler og deres adfærd er kun mulig ved brug af scanning probe mikroskoper i vakuum.

"Dette studie gav os mulighed for for første gang at observere, hvordan molekyler, der er fast bundet til en overflade, ændrer deres konfiguration, " opsummerer Meyer. "Dette gør os i stand til bedre at forstå, hvordan ankermolekyler opfører sig på nikkeloxidoverflader."