Farvestofabsorptionsstruktur af farvesensibiliserede solceller belyst på molekylært niveau

NIMS-forskere belyst forholdet mellem fotostrømmen og de ejendommelige ændringer i absorptionsstrukturen, der forekommer i nærheden af ​​molekylær-elektrode-grænsefladen i farvestofsensibiliserede solceller

NIMS's Organic/Uorganisk Hybrid Photovoltaics Group, Globalt forskningscenter for miljø og energi baseret på nanomaterialevidenskab (GREEN), belyst forholdet mellem fotostrømmen og de ejendommelige ændringer i absorptionsstrukturen, der forekommer i nærheden af ​​molekylær-elektrode-grænsefladen i farvestofsensibiliserede solceller, ved at udføre et eksperiment med blød røntgenstråling hos High Energy Accelerator Research Organisation (KEK).

En forskergruppe ledet af Dr. Mitsunori Honda (post-doc forsker; i øjeblikket en tidsbegrænset forsker ved Quantum Beam Science Directorate R&D Directory of the Japan Atomic Agency (JAEA)) og Dr. Masatoshi Yanagida (Group Leader) of the Organic /Inorganic Hybrid Photovoltaics Group fra Global Research Center for Environment and Energy baseret på Nanomaterials Science (GREEN; ledet af generaldirektør Kohei Uosaki) fra National Institute for Materials Science (NIMS; ledet af præsident Sukekatsu Ushioda) belyste forholdet mellem fotostrøm og de ejendommelige ændringer i absorptionsstrukturen, der forekommer i nærheden af ​​molekylær-elektrode-grænsefladen i farvestofsensibiliserede solceller, ved at udføre et eksperiment med blød røntgenstråling hos High Energy Accelerator Research Organisation (KEK).

Farvesensibiliserede solceller tiltrækker opmærksomhed som en billig og høj fleksibilitetstype af næste generations solceller. Imidlertid, til deres kommercielle anvendelse, det er nødvendigt at opnå højere fotoelektrisk konverteringseffektivitet (især med hensyn til fotostrømmen) ud over det nuværende tilgængelige niveau. I farvefølsomme solceller, da farvestoffer absorberer lys og adskiller ladninger, fotostrømmen menes at være afhængig af farvestoffets absorptionsstruktur, og derfor er belysning og kontrol af absorptionsstrukturen på rigtige enheder uundværlig for at øge konverteringseffektiviteten.

Forskergruppen analyserede absorptionsstrukturen af ​​N719, et rutheniummetalkompleksfarvestof, ved hjælp af røntgenfotoelektronspektroskopi og røntgenabsorptionsnær-kantstrukturanalyse til undersøgelse af farvestofmolekylers elektroniske struktur. Normalt, N719 farvestof absorberes på TiO2 overfladen via en carboxyl (COOH) gruppe. Imidlertid, forsøgsresultatet viste, at der var en stærk interaktion mellem NCS- (thiocyanatligand) og TiO2. En sådan absorptionsstruktur var ikke taget i betragtning i den tidligere model, men kunne have hæmmet fotostrømmen.

Eksperimentet afslørede også, at den stærke vekselvirkning mellem NCS- og TiO2 ville forsvinde ved samtidig absorption af D131-farvestof (et farvestof, der demonstrerer stærke lysabsorptionsegenskaber inden for det korte bølgelængdeområde og er meget udbredt som et co-absorptionsmiddel). Forskerholdet kontrollerede den optimale absorptionsstruktur baseret på dette eksperimentresultat og fandt ud af, at den eksterne kvanteeffektivitet ville stige i det synlige lysområde af solceller (ca. 0,3 % stigning i den fotoelektriske konverteringseffektivitet under sollys).