Los complejos de metales de transición en las células solares a base de colorantes son responsables de convertir la luz en energía eléctrica. Se ha utilizado un modelo de separación de carga espacial dentro de la molécula para describir esta conversión. Sin embargo, un análisis en BESSY II muestra que esta descripción del proceso es demasiado simple. Por primera vez, un equipo ha investigado los procesos fotoquímicos fundamentales alrededor del átomo metálico y sus ligandos. El estudio se ha publicado ahora en Angewandte Chemie, Edición internacional y se muestra en la portada.

Las células solares orgánicas, como las células de Grätzel, consisten en tintes que se basan en compuestos de complejos de metales de transición. La luz solar excita los electrones externos del complejo de tal manera que son transportados desde los orbitales en el centro del complejo metálico hacia los orbitales de compuestos adyacentes. Hasta ahora, Se asumió que los portadores de carga se separaron espacialmente en este proceso y luego se eliminaron para que pudiera fluir una corriente eléctrica. Un equipo encabezado por Alexander Föhlisch en HZB ahora ha podido aclarar que este no es el caso.

Usando los pulsos cortos de rayos X de BESSY II en modo de alfa bajo, pudieron seguir cada paso del proceso en un complejo de hierro desencadenado por fotoexcitación con un pulso láser. "Podemos observar directamente cómo el pulso láser despobla los orbitales tridimensionales del metal, "explica Raphael Jay, Doctor. estudiante y primer autor del estudio. Con la ayuda de cálculos teóricos, pudieron interpretar los datos de medición de la espectroscopia de absorción de rayos X de resolución temporal con mucha precisión. Surge la siguiente imagen:Inicialmente, de hecho, el pulso láser hace que los electrones del orbital tridimensional del átomo de hierro se deslocalicen en los ligandos adyacentes. Sin embargo, estos ligandos, a su vez, empujan inmediatamente la carga electrónica hacia la dirección del átomo de metal, compensando así inmediatamente la pérdida de carga en el metal y la separación del portador de carga inicial asociada.

Estos hallazgos pueden contribuir al desarrollo de nuevos materiales para células solares sensibilizadas con colorantes. Por hasta ahora Los complejos de rutenio se han utilizado habitualmente en células solares orgánicas. El rutenio es un elemento raro y, por tanto, caro. Los complejos de hierro serían significativamente más baratos, pero se caracterizan por altas tasas de recombinación entre portadores de carga. Estudios posteriores revelarán cuáles son las características mediadoras en los complejos de metales de transición para que la luz se convierta de manera eficiente en energía eléctrica.