Celle solari a colorante con elettroliti polimerici a base rame

Il lavoro sperimentale si è concentrato sullo sviluppo e sullo studio di DSSC di nuova generazione con elettrolita polimerico termoindurente (TSPE) metacrilico-acrilico, preparato mediante fotocopolimerizzazione tramite UV di un monomero monofunzionale (PEGMA) e un monomero bifunzionale (BEMA). Le DSSC di ultima generazione studiate in questo lavoro sperimentale sono costituite da un fotoanodo in ossido di titanio e un catodo in PEDOT, e sfruttano la co-sensitizzazione di due coloranti (L1 e XY1) e l’utilizzo del complesso di rame [Cu(tmby)2]1+/2+ come coppia redox. I metodi impiegati in questo lavoro di tesi per preparare il TSPE sono: il metodo della reticolazione in situ e il metodo dell’assorbimento post reticolazione. Per quanto riguarda la reticolazione in situ, il monomero che viene introdotto nella soluzione elettrolitica liquida e viene fatto polimerizzare. Per il metodo dell’assorbimento la polimerizzazione avviene prima, in modo da ottenere una membrana polimerica, e poi in seguito la matrice polimerica viene sottoposta a swelling in presenza della soluzione elettrolitica liquida. In questo lavoro di tesi sono stati valutati gli effetti del TSPE metacrilico-acrilico sulle performance fotovoltaiche dei dispositivi mediante misurazioni fotovoltaiche, analisi spettroscopiche di impedenza e misure di invecchiamento. In particolare si è eseguito un confronto delle celle con TSPE, ottenute con entrambi i metodi di preparazione, con celle liquide standard. Per quanto riguardo le membrane polimeriche elettrolitiche, inizialmente sono state delle caratterizzazioni gravimetriche ed elettrochimiche che ci hanno permesso di dimostrare una correlazione tra lo spessore e le proprietà chimico-fisiche delle membrane. In seguito attraverso delle misurazioni I-V è stata dimostrata, anche in questo caso, un’importante correlazione tra lo spessore delle membrane polimeriche elettrolitiche e le performance fotovoltaiche delle DSSC: al diminuire dello spessore l’efficienza di foto-conversione aumenta. In modo particolare, la DSSC con membrana di spessore 45 μm è risultata essere la più performante, con un’efficienza di conversione di 4.46 % (circa la metà di quella con l’elettrolita liquido). Per quanto riguarda l’elettrolita polimerico ottenuto mediante reticolazione in situ, attraverso degli studi della cinetica di polimerizzazione, è stata dimostrata la possibilità di poter effettuare la foto-copolimerizzazione dei monomeri acrilici mono/bifunzionali in presenza della soluzione elettrolitica. In seguito sempre attraverso delle misurazioni I-V è stata evidenziata un’importante correlazione tra il tempo di irraggiamento con la sorgente UV e le performance fotovoltaiche delle DSSC: al diminuire del tempo di irraggiamento l’efficienza di conversione aumenta. Nello specifico, la DSSC con elettrolita polimerico ottenuto con un tempo di irraggiamento UV di 60 s è risultata essere la più performante, con un’efficienza di 3.74 % (circa un terzo di quella con elettrolita liquido).