NIMS-forskare klargjorde förhållandet mellan fotoströmmen och de märkliga förändringarna i absorptionsstrukturen som inträffar i närheten av molekylelektrodgränssnittet i färgkänsliga solceller
NIMS:s organiska/oorganiska hybridfotovoltaikgrupp, Global Research Center for Environment and Energy based on Nanomaterials Science (GREEN), klargjorde förhållandet mellan fotoströmmen och de märkliga förändringarna i absorptionsstrukturen som inträffar i närheten av molekylelektrodgränssnittet i färgkänsliga solceller, genom att genomföra ett mjukt röntgenstrålningsexperiment vid High Energy Accelerator Research Organization (KEK).
En forskargrupp som leds av Dr. Mitsunori Honda (postdoktoral forskare; för närvarande en tidsbegränsad forskare vid Quantum Beam Science Directorate R&D Directory för Japan Atomic Agency (JAEA)) och Dr. Masatoshi Yanagida (gruppledare) för Organic /Inorganic Hybrid Photovoltaics Group of the Global Research Center for Environment and Energy based on Nanomaterials Science (GREEN; ledd av generaldirektör Kohei Uosaki) vid National Institute for Materials Science (NIMS; under ledning av president Sukekatsu Ushioda) belyste förhållandet mellan fotoströmning och de speciella förändringarna i absorptionsstrukturen som inträffar i närheten av molekylelektrodgränssnittet i färgkänsliga solceller, genom att genomföra ett mjukt röntgenstrålningsexperiment vid High Energy Accelerator Research Organization (KEK).
Färgkänsliga solceller lockar uppmärksamhet som en billig och högflexibel typ av nästa generations solceller. Dock, för deras kommersiella tillämpning, det är nödvändigt att uppnå högre fotoelektrisk konverteringseffektivitet (särskilt när det gäller fotoströmmen) utöver den nuvarande tillgängliga nivån. I färgkänsliga solceller, eftersom färgämnen absorberar ljus och separata laddningar, man tror att fotoströmmen är beroende av färgabsorberingsstrukturen, och därför är belysning och kontroll av absorptionsstrukturen på verkliga enheter oumbärliga för att öka konverteringseffektiviteten.
Forskargruppen analyserade absorptionsstrukturen för N719, ett färgämne av ruteniummetallkomplex, med hjälp av röntgenfotoelektronspektroskopi och röntgenabsorption nära kantstrukturanalys för att undersöka färgmolekylernas elektroniska struktur. I vanliga fall, N719 -färgämne absorberas på TiO2 -ytan via en karboxylgrupp (COOH). Dock, experimentresultatet visade att det fanns en stark interaktion mellan NCS- (tiocyanatligand) och TiO2. En sådan absorptionsstruktur hade inte beaktats i den tidigare modellen men kan ha hindrat fotoströmmen.
Experimentet avslöjade också att den starka interaktionen mellan NCS- och TiO2 skulle försvinna vid samtidig absorption av D131-färgämne (ett färgämne som visar starka ljusabsorptionsegenskaper inom det korta våglängdsintervallet och används i stor utsträckning som ett samabsorptionsmedel). Forskargruppen kontrollerade den optimala absorptionsstrukturen baserat på detta experimentresultat och fann att den externa kvanteffektiviteten skulle öka i det synliga ljusområdet för solceller (cirka 0,3% ökning av den fotoelektriska omvandlingseffektiviteten under solljus.)
