Los científicos europeos estudiaron el flujo de electrones en sistemas de tintes orgánicos fotosensibles y materiales a base de titanio. Los resultados son particularmente relevantes para aumentar la eficiencia de una clase rentable de células solares y tienen una amplia aplicación potencial a la nanotecnología y la ciencia de la energía limpia.

Las células solares sensibilizadas por colorante (DSSC) se basan en la deposición de una película delgada de colorante fotosensible sobre un sustrato conductor, como una capa porosa de nanopartículas de óxido de titanio (TiO2).

Si bien los DSSC representan una alternativa simple y rentable a las células solares convencionales (unión p-n), Los problemas de eficiencia han sido un obstáculo para la implementación generalizada.

Investigadores europeos apoyados por la financiación de la UE del proyecto Nanosol intentaron realizar un análisis detallado del fotocomportamiento de tres nuevos tintes orgánicos libres de metales.

Específicamente, estudiaron los tintes en solución y en 9 morfologías diferentes de materiales mesoporosos (con poros de 2 a 50 nanómetros de diámetro) dopados con titanio en ausencia y presencia de nanopartículas de TiO2.

Los estudios de los colorantes libres en solución demostraron la importancia del estado del complejo de transferencia de carga (la distribución de la carga sobre las moléculas en la interfaz donante-aceptor) en el fotocomportamiento del colorante y el papel del solvente en la eficiencia.

Otros estudios de tintes en presencia de nanopartículas de TiO2 utilizadas convencionalmente ilustraron una importante dinámica electrónica en la escala de femtosegundos (cuadrillonésima parte de un segundo), lo que proporciona información sobre la separación de carga eficiente y el rendimiento de las células solares.

También se estudiaron y compararon nanotubos de titanio con estructura unidimensional (1D) con nanopartículas de TiO2, demostrando una dinámica de electrones similar.

Finalmente, tamices mesoporosos de sílice dopado con titanio, otra clase de materiales 1D, fueron evaluados. Aunque se observaron dinámicas de electrones prometedoras en el propio material, las células solares resultantes funcionaron mal debido a una carga de tinte menos eficiente y un transporte de electrones limitado.

Los investigadores de Nanosol caracterizaron eficazmente la interacción de materiales a base de titanio con una clase importante de colorantes orgánicos relevantes para las DSSC con un enfoque en la eficiencia de las células solares.

Los resultados deberían resultar útiles en el diseño futuro de DSSC más eficientes y, por lo tanto, fomentar su implementación generalizada. Estos desarrollos proporcionarán beneficios de costos a los fabricantes y consumidores y ayudarán a reducir la dependencia de los combustibles fósiles.