Färgsensibiliserade solceller (DSSC) är beroende av färgämnen som absorberar ljus för att mobilisera en ström av elektroner och är en lovande källa till ren energi. Jishan Wu vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och kollegor i Singapore har nu utvecklat zinkporfyrinfärgämnen som skördar ljus i både de synliga och nära infraröda delarna av spektrumet1. Deras forskning tyder på att kemisk modifiering av dessa färgämnen kan förbättra energiproduktionen från DSSC.

DSSC är enklare och billigare att tillverka än konventionella kiselsolceller, men de har för närvarande lägre effektivitet. Ruteniumbaserade färgämnen har traditionellt använts i DSSC, men 2011 utvecklade forskare ett mer effektivt färgämne baserat på en zinkatom omgiven av en ringformad molekyl som kallas porfyrin. Solceller som använder detta nya färgämne, kallas YD2-o-C8, omvandla synligt ljus till el med en verkningsgrad på upp till 12,3 procent. Wus team hade som mål att förbättra den effektiviteten genom att utveckla ett zinkporfyrinfärgämne som också kan absorbera infrarött ljus.

De mest framgångsrika färgämnena som utvecklats av Wus team, WW-5 och WW-6, förena en zinkporfyrinkärna med ett system av smälta kolringar överbryggade av en kväveatom, känd som en N-annulerad perylengrupp. Solceller som innehöll dessa färgämnen absorberade mer infrarött ljus än YD2-o-C8 och hade en effektivitet på upp till 10,5 procent, matchar prestandan hos en YD2-o-C8-cell under samma testförhållanden (se bild).

Teoretiska beräkningar indikerar att förbindning av porfyrin- och perylensektionerna av dessa färgämnen med en kol-kol-trippelbindning, som fungerar som en elektronrik länk, förbättrat flödet av elektroner mellan dem. Denna bindning minskade också ljusenergin som behövs för att excitera elektroner i molekylen, ökar färgämnets förmåga att skörda infrarött ljus.

Att lägga till skrymmande kemiska grupper till färgämnena förbättrade också deras löslighet och förhindrade dem från att aggregeras - något som tenderar att minska effektiviteten hos DSSC:er.

Dock, både WW-5 och WW-6 är något mindre effektiva än YD2-o-C8 när det gäller att omvandla synligt ljus till elektricitet, och de producerar också en lägre spänning. "Vi försöker nu lösa detta problem genom modifieringar baserade på den kemiska strukturen av WW-5 och WW-6, säger Wu.

Att jämföra resultaten från fler perylen-porfyrinfärgämnen bör indikera sätt att övervinna dessa hinder, och kan till och med utöka ljusabsorptionen längre in i det infraröda. "Högsta prioritet är att förbättra energikonverteringseffektiviteten, " säger Wu. "Vårt mål är att öka effektiviteten till mer än 13 procent inom en snar framtid."