Des scientifiques européens ont étudié le flux d'électrons dans des systèmes de colorants photosensibles organiques et de matériaux à base de titane. Les résultats sont particulièrement pertinents pour augmenter l'efficacité d'une classe rentable de cellules solaires et ont une large application potentielle à la nanotechnologie et à la science de l'énergie propre.

Les cellules solaires à colorant (DSSC) reposent sur le dépôt d'un film mince de colorant photosensible sur un substrat conducteur tel qu'une couche poreuse de nanoparticules d'oxyde de titane (TiO2).

Alors que les DSSC représentent une alternative simple et économique aux cellules solaires conventionnelles (jonction p-n), les problèmes d'efficacité ont été une pierre d'achoppement pour une mise en œuvre généralisée.

Des chercheurs européens soutenus par le financement de l'UE du projet Nanosol ont cherché à mener une analyse détaillée du photocomportement de trois nouveaux colorants organiques sans métal.

Spécifiquement, ils ont étudié les colorants en solution et sur 9 morphologies différentes de matériaux mésoporeux dopés au titane (avec des pores de diamètre 2 à 50 nanomètres) en l'absence et en présence de nanoparticules de TiO2.

Les études des colorants libres en solution ont démontré l'importance de l'état du complexe de transfert de charge (la distribution de la charge sur les molécules à l'interface donneur-accepteur) dans le photocomportement du colorant et le rôle du solvant dans l'efficacité.

D'autres études de colorants en présence de nanoparticules de TiO2 utilisées de manière conventionnelle ont illustré une dynamique électronique importante à l'échelle femtoseconde (quadrillionième de seconde) donnant un aperçu de la séparation efficace des charges et des performances des cellules solaires.

Des nanotubes de titane à structure unidimensionnelle (1D) ont également été étudiés et comparés aux nanoparticules de TiO2, démontrant une dynamique électronique similaire.

Finalement, tamis mésoporeux en silice dopée au titane, une autre classe de matériaux 1D, ont été évalués. Bien que des dynamiques électroniques prometteuses aient été observées dans le matériau lui-même, les cellules solaires résultantes ont mal fonctionné en raison d'un chargement de colorant moins efficace et d'un transport d'électrons limité.

Les chercheurs de Nanosol ont caractérisé efficacement l'interaction des matériaux à base de titane avec une classe importante de colorants organiques pertinents pour les DSSC en mettant l'accent sur l'efficacité des cellules solaires.

Les résultats devraient s'avérer utiles dans la conception future de DSSC plus efficaces et ainsi encourager leur mise en œuvre à grande échelle. De tels développements offriront des avantages financiers aux fabricants et aux consommateurs et contribueront à réduire la dépendance aux combustibles fossiles.