Europeiska forskare studerade elektronflödet i system av organiska ljuskänsliga färgämnen och titanbaserade material. Resultaten är särskilt relevanta för att öka effektiviteten hos en kostnadseffektiv klass av solceller och har potentiell bred tillämpning inom nanoteknik och ren energivetenskap.

Färgsensibiliserade solceller (DSSC) är beroende av avsättning av en tunn film av ljuskänsligt färgämne på ett ledande substrat som ett poröst lager av titanoxid (TiO2) nanopartiklar.

Medan DSSC representerar ett enkelt och kostnadseffektivt alternativ till konventionella (p-n junction) solceller, problem med effektivitet har varit en stötesten för utbredd implementering.

Europeiska forskare med stöd av EU-finansiering av Nanosol-projektet försökte genomföra en detaljerad analys av fotobeteendet hos tre nya metallfria organiska färgämnen.

Specifikt, de studerade färgämnena i lösning och på 9 olika morfologier av titandopade mesoporösa (med porer med diameter 2–50 nanometer) material i frånvaro och närvaro av TiO2 nanopartiklar.

Studier av de fria färgämnena i lösning visade vikten av tillståndet för laddningsöverföringskomplexet (fördelningen av laddning över molekyler vid donator-acceptor-gränssnittet) i färgämnets fotobeteende och lösningsmedlets roll i effektiviteten.

Ytterligare studier av färgämnen i närvaro av konventionellt använda TiO2-nanopartiklar illustrerade viktig elektrondynamik på femtosekundsskalan (kvadrilliondel av en sekund) och gav insikt i effektiv laddningsseparation och solcellsprestanda.

Titan nanorör med endimensionell (1D) struktur studerades också och jämfördes med TiO2 nanopartiklar, uppvisar liknande elektrondynamik.

Till sist, titaniumdopade kiseldioxid mesoporösa siktar, en annan 1D-klass av material, utvärderades. Även om lovande elektrondynamik observerades i själva materialet, de resulterande solcellerna fungerade dåligt på grund av mindre effektiv färgladdning och begränsad elektrontransport.

Nanosolforskare karakteriserade effektivt interaktionen av titanbaserade material med en viktig klass av organiska färgämnen som är relevanta för DSSCs med fokus på solcellseffektivitet.

Resultaten bör visa sig användbara i framtida design av mer effektiva DSSC:er och på så sätt uppmuntra deras omfattande implementering. Sådan utveckling kommer att ge kostnadsfördelar för tillverkare och konsumenter och bidra till att minska beroendet av fossila bränslen.