Forskare kunde bestämma det rumsliga arrangemanget av bipyridinmolekyler (grå) på en yta av nickel- och syreatomer (gul/röd). Rotation ändrar transkonfigurationen (fram till höger) till en cis -konfiguration (vänster fram). Kredit:University of Basel, Institutionen för fysik
Forskare vid universitetet i Basel har hittat ett sätt att ändra det rumsliga arrangemanget av bipyridinmolekyler på en yta. Dessa potentiella komponenter i färgkänsliga solceller bildar komplex med metaller och förändrar därmed deras kemiska konformation. Resultaten av detta tvärvetenskapliga samarbete mellan kemister och fysiker från Basel publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften ACS Omega .
Färgkänsliga solceller har ansetts vara ett hållbart alternativ till konventionella solceller i många år, även om deras energiutbyte ännu inte är helt tillfredsställande. Effektiviteten kan ökas med användning av tandemsolceller, där de färgämneskänsliga solcellerna staplas ovanpå varandra.
Det sätt på vilket färgämnet, som absorberar solljus, är förankrad till halvledaren spelar en avgörande roll för effektiviteten hos dessa solceller. Dock, förankringen av färgämnena på nickeloxidytor-som är särskilt lämpliga för tandemfärgkänsliga celler-är ännu inte tillräckligt förstått.
Bindning på ytor
Under ett tvärvetenskapligt samarbete, forskare från Swiss Nanoscience Institute och Department of Physics and Chemistry vid University of Basel undersökte hur enstaka bipyridinmolekyler binder till nickeloxid och guldytor.
Bipyridinkristaller tjänade som en ankarmolekyl för färgämneskänsliga celler på en halvledaryta. Detta ankare binder metallkomplexen, som i sin tur sedan kan användas för att binda de olika färgämnena.
Konfigurationen av bipyridinmolekylen ändras genom att binda en järnatom (brun). Molekylernas kemiska sammansättning är densamma, men deras rumsliga arrangemang och kemiska egenskaper är mycket olika. Kredit:University of Basel, Institutionen för fysik
Med hjälp av skanningsmikroskop, undersökningen fastställde att initialt bipyridinmolekylerna binder platt till ytan i sin transkonfiguration. Tillsatsen av järnatomer och en temperaturökning orsakar en rotation runt en kolatom i bipyridinmolekylen och leder således till bildandet av cis -konfigurationen.
"Den kemiska sammansättningen av cis- och trans -konfigurationen är densamma, men deras rumsliga arrangemang är mycket annorlunda. "Ändringen i konfiguration kan tydligt särskiljas på grundval av mätningar av skanningssondmikroskop, "bekräftar experimentfysikern professor Ernst Meyer.
Metallkomplex i en modifierad konfiguration
Denna förändring av det rumsliga arrangemanget är resultatet av bildandet av ett metallkomplex, som bekräftats av forskarna genom deras undersökning av bipyridinet på en guldyta.
Under beredningen av de färgämneskänsliga solcellerna, dessa reaktioner sker i en lösning. Dock, undersökning av enskilda molekyler och deras beteende är endast möjlig med användning av skanningsmikroskop i vakuum.
"Denna studie tillät oss för första gången att se hur molekyler som är fast bundna till en yta förändrar sin konfiguration, "sammanfattar Meyer." Detta gör att vi bättre kan förstå hur ankarmolekyler beter sig på nickeloxidytor. "
