Europese wetenschappers bestudeerden de elektronenstroom in systemen van organische lichtgevoelige kleurstoffen en op titanium gebaseerde materialen. De resultaten zijn met name relevant voor het verhogen van de efficiëntie van een kosteneffectieve klasse van zonnecellen en kunnen breed worden toegepast in nanotechnologie en wetenschap op het gebied van schone energie.

Kleurstofgevoelige zonnecellen (DSSC's) vertrouwen op de afzetting van een dunne film van lichtgevoelige kleurstof op een geleidend substraat zoals een poreuze laag titaniumoxide (TiO2) nanodeeltjes.

Hoewel DSSC's een eenvoudig en kosteneffectief alternatief vormen voor conventionele (pn-junctie) zonnecellen, problemen met efficiëntie zijn een struikelblok geweest voor een wijdverbreide implementatie.

Europese onderzoekers, ondersteund door EU-financiering van het Nanosol-project, probeerden een gedetailleerde analyse uit te voeren van het fotogedrag van drie nieuwe metaalvrije organische kleurstoffen.

specifiek, ze bestudeerden de kleurstoffen in oplossing en op 9 verschillende morfologieën van met titanium gedoteerde mesoporeuze (met poriën met een diameter van 2-50 nanometer) materialen in de afwezigheid en aanwezigheid van TiO2-nanodeeltjes.

Studies van de vrije kleurstoffen in oplossing toonden het belang aan van de toestand van het ladingsoverdrachtscomplex (de verdeling van lading over moleculen aan het donor-acceptor grensvlak) in het fotogedrag van de kleurstof en de rol van het oplosmiddel in efficiëntie.

Verdere studies van kleurstoffen in de aanwezigheid van conventioneel gebruikte TiO2-nanodeeltjes illustreerden belangrijke elektronendynamica op de femtoseconde (quadrillionste van een seconde) schaal die inzicht verschaft in efficiënte ladingsscheiding en zonnecelprestaties.

Titanium nanobuisjes met eendimensionale (1D) structuur werden ook bestudeerd en vergeleken met TiO2-nanodeeltjes, vergelijkbare elektronendynamica aantonen.

Eindelijk, titanium-gedoteerde silica mesoporeuze zeven, een andere 1D-klasse materialen, Werden geëvalueerd. Hoewel veelbelovende elektronendynamica in het materiaal zelf werd waargenomen, de resulterende zonnecellen presteerden slecht vanwege minder efficiënte kleurstoflading en beperkt elektronentransport.

Nanosol-onderzoekers karakteriseerden effectief de interactie van op titanium gebaseerde materialen met een belangrijke klasse organische kleurstoffen die relevant zijn voor DSSC's met een focus op de efficiëntie van zonnecellen.

De resultaten zouden nuttig moeten blijken bij het toekomstige ontwerp van efficiëntere DSSC's en zo de wijdverbreide implementatie ervan moeten aanmoedigen. Dergelijke ontwikkelingen zullen fabrikanten en consumenten kostenvoordelen opleveren en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen helpen verminderen.