В случае чувствительных к красителю солнечных элементов (DSSC) - весьма многообещающей фотоэлектрической технологии - одной из основных проблем является агрегация красителя. По своей конструкции DSSC представляют собой электрохимические системы, имитирующие фотосинтез в растениях; они используют специальные светочувствительные красители для преобразования солнечного света в электричество. В идеале краситель следует равномерно наносить на поверхность оксидного электрода за прозрачным слоем, чтобы энергия поглощенного солнечного света могла легко передаваться электронам красителя. Этот процесс генерирует свободные электроны, которые питают внешнюю цепь. Однако большинство красителей имеют тенденцию скапливаться на поверхности электрода таким образом, что препятствует желаемому потоку как света, так и электрических зарядов. Это отрицательно сказывается на производительности DSSCS, которую оказалось трудно преодолеть.

К счастью, команда ученых во главе с адъюнкт-профессором Томохико Иноматой из Нагойского технологического института, Япония, возможно, только что нашла решение этой проблемы. В их недавнем исследовании, опубликованном в Достижения РСК, они показали, что некоторые ионные жидкости (расплавленные соли, которые находятся в жидком состоянии при относительно низких температурах) могут подавлять агрегацию красителя в впечатляющей степени. Среди других членов этой исследовательской группы были г-жа Аяка Мацунага и проф. Томохиро Одзава из Нагойского технологического института и проф. Хидеки Масуда из Технологического института Айти, Япония.

Но как ионные жидкости достигают этого подвига? Чтобы пролить свет на точный механизм действия, исследователи сосредоточились на двух ионных жидкостях с заметно отличающимися размерами молекул и двумя типами красителей. Обе ионные жидкости имели сходную молекулярную структуру, включающую якорь, который хорошо связывается с электродом (диоксид титана, TiO₂), основная полимерная цепь, связывающая этот якорь с атомом люминофора, и три дополнительные короткие полимерные цепи, выступающие из атома люминофора и удаляющиеся от основной "вертикальной" цепи.

Исследователи погрузили TiO₂ электроды в растворах с различными соотношениями красителя и ионной жидкости и тщательно проанализировали, как различные молекулы прилипают к ним. После оптимизации процедуры синтеза они обнаружили, что DSSC, изготовленные с использованием ионной жидкости с более длинной молекулярной структурой, имеют значительно лучшие характеристики, чем их аналоги с немодифицированными оксидными электродами. "Пространственно объемная молекулярная структура ионных жидкостей действует как эффективный антиагрегант, не оказывая существенного влияния на количество красителя, адсорбированного в электроде, - объясняет доктор Иномата. "Самое главное, что введение ионной жидкости большего объема улучшает все фотоэлектрические параметры DSSCS".

Излишне говорить, что совершенствование технологии солнечных элементов могло бы дать нам преимущество в борьбе с продолжающимся энергетическим и климатическим кризисом. Хотя ионные жидкости, как правило, дороги, то, как они используются командой, на самом деле является экономически эффективным ".Проще говоря, идея состоит в том, чтобы наносить ионные жидкости только на необходимую часть устройства - в данном случае на поверхность электрода," утверждает доктор Иномата.

Команда считает, что широкое использование электродов, модифицированных ионными жидкостями, может проложить путь к созданию высокофункциональных, но доступных материалов для солнечных элементов и каталитических систем. Поскольку структура ионных жидкостей может быть изменена в процессе их синтеза, они обладают столь необходимой универсальностью в качестве антиагрегантов.

Давайте надеяться, что эти результаты приведут к более светлому будущему для DSSC и, в конечном счете, для планеты.