produzione di energia elettrica con sistemi a celle ... - Il Saturatore

innovazione tecnologica
Fig. 45 - schema di principio di una cella a dye nanocristallina
La dissociazione avviene all’interfaccia organico/organico o organico/inorganico, come
per esempio quella dye/Ti02. Nel 1980 nacque l’idea di legare il dye all’ossido
semiconduttore attraverso un gruppo carbossilico. La soluzione scelta ha permesso di
costruire uno strato monomolecolare di dye sul TiO2 che permette di ottimizzarne la
distribuzione, ma, soprattutto, permette di realizzare il trasferimento di carica per
iniezione di elettroni in tempi dell’ordine dei 10 -3 s contro 10 -12 s richiesti dal
trasferimento delle lacune.
La separazione delle cariche deriva appunto dalla velocità, di ordini di grandezza diversa,
con la quale l’elettrone è iniettato nel semiconduttore e la buca neutralizzata dalla
molecola della coppia redox.
Quindi, diversamente dalle celle convenzionali, non è necessario che si abbia un campo
elettrico per separare le cariche, il fatto che la fotorisposta dipenda dalla cinetica di
reazione dei portatori di carica (positiva e negativa) con la coppia redox presente
nell’elettrolita ha interessanti implicazioni. Se il trasferimento degli elettroni all’elettrolita
è più veloce di quello delle lacune, la fotocorrente è dovuta alle lacune. Se avviene
l’opposto la corrente è di elettroni.
Lo strato monomolecolare di dye sulla superficie del semiconduttore riduce
l’assorbimento della luce penalizzando le prestazioni perché lo strato è troppo sottile.
La necessità di assorbire completamente la luce incidente ha spinto verso lo sviluppo di
semiconduttori porosi formati da grani di dimensioni di pochi nanometri, con una
densificazione incompleta, perché lo strato abbia un’elevata porosità e quindi possa
esporre un’alta area superficiale al suo interno.
L’effetto della loro introduzione è stato fondamentale: nella figura 46 sono a confronto
la fotorisposta di una cella formata da un monocristallo di TiO2 (a) e quella (b) dove la
TiO2 è sotto forma di un film nanocristallino poroso. Entrambi gli elettrodi sono stati
sensibilizzati da un complesso del rutenio, Il valore più alto della l’efficienza di
conversione fotone incidente-corrente (IPCE; Incident Photon to Current Conversion
Efficiency) ottenuta con il cristallo singolo è soltanto 0,13% vicino a 530 nm, dove il dye
ha il massimo di assorbimento, con l’elettrodo nanocristallino si raggiunge l’88% (figura
46 b), con un aumento di quasi tre ordini di grandezza. In corrispondenza la
Walter Morgano Tesi di Dottorato di Ricerca
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