Engineering of Nanocrystalline TiO2 surfaces for photovoltaic applications

Questa Tesi di Dottorato ha riguardato lo studio di una classe di celle solari a colorante organico dette Dye-Sensitized Solar Cells o più comunemente celle di Graetzel, dal nome del suo inventore. Inizialmente, ho ottimizzato una metodica in flusso integrata con uno spettrofotometro UV-Vis, precedentemente messa a punto per il monitoraggio del processo di adsorbimento su fotoanodi di Titania di alcuni coloranti commerciali (N3 ed N719), adattandola all'utilizzo con coloranti organici ad elevato coefficiente di estinzione molare. Questa tecnica ha permesso di ottenere informazioni cinetiche riguardanti il processo di adsorbimento di soluzioni a diversa concentrazione della porfirina GD2, utilizzandola sia da sola che in presenza di Acido Colico (CA) come co-adsorbato. Dai risutati, si trova che il processo di adsorbimento di questo colorante può essere descritto tramite un cinetica di ordine pseudo-primo, e che l'utilizzo di Acido Colico migliora le condizioni di adsorbimento di soluzioni la cui concentrazione di GD2 è doppia, in quanto la k' ottenuta dal fitting ha anch'essa un valore quasi doppio. La tecnica in flusso ha permesso inoltre di bloccare il processo di sensibilizzazione a diversi livelli di loading di colorante (50%, 90%, 100%). La caratterizzazione fotovoltaica ha dimostrato anche in questo caso che, a parità di percentuale di colorante sul fotoanodo, in presenza di Acido Colico le celle sono risultate essere più performanti già da valori di loading del 50%, evidenziando la grande capacità di questa molecola di isolare la superficie della Titania, rallentando la ricombinazione elettronica. Nella seconda parte della tesi, ho inizialmente sintetizzato un derivato ciclodestrinico che è stato carbossilato in posizione 6 ed i cui gruppi OH in posizione 2 e 3 sono stati metilati (βCD2). Ho quindi studiato l'effetto di βCD2 e della β-ciclodestrina classica (βCD1) sulla quantità di colorante adsorbito sui fotoanodi, utilizzando sia misure termogravimetriche (TGA) sia spettrofotometriche (UV-Vis). E' risultato che l'aumento del tempo di funzionalizzazione dei fotoanodi in entrambe le ciclodestrine ha provocato una riduzione nella quantità di colorante adsorbito, in particolare quando è utilizzata βCD2. Le caratteristiche fotovoltaiche delle celle sensibilizzate con due diversi coloranti (TFAT e ZnTMCP) sono state acquisite al variare della funzionalizzazione con ciclodestrine ma non hanno evidenziato sostanziali miglioramenti delle performance come invece era stato trovato da Graetzel, questo è probabilmente attribuibile alla ridotta quantità di colorante legato sulla TiO2, risultando in una minore quantità di trasportatori di carica nel semiconduttore