Elektrontransport i farvestofbaserede solceller

Europæiske videnskabsmænd studerede elektronstrøm i systemer af organiske lysfølsomme farvestoffer og titanium-baserede materialer. Resultaterne er særligt relevante for at øge effektiviteten af ​​en omkostningseffektiv klasse af solceller og har potentiel bred anvendelse til nanoteknologi og ren energividenskab.

Farvefølsomme solceller (DSSC'er) er afhængige af aflejring af en tynd film af lysfølsomt farvestof på et ledende substrat såsom et porøst lag af titaniumoxid (TiO2) nanopartikler.

Mens DSSC'er repræsenterer et enkelt og omkostningseffektivt alternativ til konventionelle (p-n junction) solceller, problemer med effektivitet har været en hindring for udbredt implementering.

Europæiske forskere støttet af EU-finansiering af Nanosol-projektet forsøgte at udføre en detaljeret analyse af fotoadfærden af ​​tre nye metalfrie organiske farvestoffer.

Specifikt, de studerede farvestofferne i opløsning og på 9 forskellige morfologier af titanium-dopede mesoporøse (med porer med en diameter på 2-50 nanometer) materialer i fravær og tilstedeværelse af TiO2 nanopartikler.

Undersøgelser af de frie farvestoffer i opløsning viste vigtigheden af ​​ladningsoverførselskompleksets tilstand (fordelingen af ​​ladning over molekyler ved donor-acceptor-grænsefladen) i farvestoffets fotoadfærd og opløsningsmidlets rolle i effektiviteten.

Yderligere undersøgelser af farvestoffer i nærværelse af konventionelt anvendte TiO2 nanopartikler illustrerede vigtig elektrondynamik på femtosekund (kvadrilliontedel af et sekund) skala, hvilket giver indsigt i effektiv ladningsadskillelse og solcelleydelse.

Titanium nanorør med en-dimensionel (1D) struktur blev også undersøgt og sammenlignet med TiO2 nanopartikler, demonstrerer lignende elektrondynamik.

Endelig, titanium-doterede silica mesoporøse sigter, en anden 1D klasse af materialer, blev vurderet. Selvom der blev observeret lovende elektrondynamik i selve materialet, de resulterende solceller klarede sig dårligt på grund af mindre effektiv farvebelastning og begrænset elektrontransport.

Nanosol-forskere karakteriserede effektivt interaktionen af ​​titanium-baserede materialer med en vigtig klasse af organiske farvestoffer, der er relevante for DSSC'er med fokus på solcelleeffektivitet.

Resultaterne skulle vise sig at være nyttige i fremtidigt design af mere effektive DSSC'er og dermed fremme deres udbredte implementering. En sådan udvikling vil give omkostningsfordele for producenter og forbrugere og bidrage til at mindske afhængigheden af ​​fossile brændstoffer.