Additivi benzimidazolici per elettroliti acquosi in celle solari sensibilizzate con coloranti = Benzimidazole-based additives for aqueous electrolytes in dye-sensitized solar cells

La richiesta energetica negli ultimi anni è aumentata proporzionalmente all’aumento della popolazione mondiale e attualmente rappresenta uno dei maggiori problemi del XXI secolo. Gran parte dell’energia utilizzata globalmente, inoltre, viene prodotta facendo uso di combustibili fossili in via di esaurimento con conseguente aumento delle emissioni di pericolosi gas serra e del riscaldamento globale. In questo scenario la comunità scientifica sta maggiormente rivolgendo le proprie attenzioni allo sviluppo di tecnologie per lo sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili. Fra le più indagate fonti rinnovabili vi è il fotovoltaico (PV) in quanto abbondante, sempre disponibile e molto promettente dal punto di vista energetico. Il panorama fotovoltaico è attualmente suddiviso in tre generazioni: •??PV di prima generazione: dispositivi a base Si mono/policristallino; •??PV di seconda generazione: dispositivi a base di film sottili di materiali amorfi (CdTe, GaAS, etc.); •??PV di terza generazione: dispositivi a base di semiconduttori nanostrutturati (nel caso delle dye-sensitized solar cells) o di polimeri (nel caso delle celle organiche). Il presente lavoro di tesi riguarda lo studio di alcune particolari celle appartenente al PV di terza generazione: le dye-sensitized solar cells, o DSSC. Si tratta di dispositivi fotoelettrochimici composti da tre principali componenti: un fotoanodo, un mezzo in grado di condurre ioni e un controelettrodo (catodo). In particolare, verranno approfonditi i principi di funzionamento delle DSSC a base acquosa, con particolare attenzione al mezzo in grado di condurre ioni che in questo caso è rappresentato da un elettrolita liquido gelificato mediante un biopolimero di origine naturale, lo xantano. Lo studio viene condotto su due diversi sistemi che variano principalmente in base al mediatore redox utilizzato. In questo lavoro vengono studiati i sistemi facenti uso di coppia redox iodio/ioduro (I-/I3-) e sistemi a base di complessi di cobalto (Co(bpy)3]2+/3+). All’elettrolita gel vengono aggiunti quattro diversi tipi di additivi derivanti del benzimidazolo (BI) il cui effetto sulle performance finali delle celle viene studiato attraverso diverse tecniche di analisi (misure di spettroscopia a impedenza fotoelettrochimica, potenziodinamiche e fotovoltaiche). Sulle stesse celle vengono anche effettuate delle misure di aging al fine di determinare la stabilità dei sistemi additivati nel tempo.