Dispositivi Solari a Coloranti di Nuova Generazione: Sensibilizzatori e Conduttori Nano-Ingegnerizzati (DSSCX)
Progetto Il crescente bisogno di energia sta spingendo la ricerca verso lo studio di fonti alternative; un tema di attuale interesse è la conversione dell'energia solare in elettricità. Le celle fotovoltaiche al silicio, di uso oramai comune, sono però costose e relativamente poco efficienti. Sono state individuate alternative basate su altri semiconduttori, e anche su sistemi organici o di coordinazione per l'harvesting della radiazione solare. In particolare le celle solari organiche sensibilizzate (DSSC), sono dispositivi fotovoltaici che si prospettano a basso costo e una soddisfacente efficienza grazie all’uso di un fotosensibilizzatore molecolare e un semiconduttore di basso costo e ampio band gap come TiO2.
Finora, la maggior parte degli studi sulle DSSC è basata sull'uso, come sensibilizzatori, di complessi bipiridinici di Ru(II) capaci di assorbire radiazione e quindi eccitare e trasportare elettroni sul semiconduttore TiO2. Recentemente sono state raggiunte efficienze del 12.5% utilizzando come fotosensibilizzatore una porfirina stericamente ingombrata e un elettrolita a base di cobalto polipiridile, invece della coppia I-/ I3-.
Il presente progetto di ricerca si occuperà della sintesi e caratterizzazione spettroscopica ed elettrochimica di nuovi sistemi porfirinici stericamente ingombrati sostituiti in posizione
pirrolica con un residuo 
delocalizzato che porta uno o due gruppi carbossilici, da sviluppare come fotosensibilizzatori in celle solari organiche DSSC.
In particolare saranno progettate, sintetizzate e caratterizzate Zn(II) tetrafenil porfirine con lunghe catene alcossiliche localizzate in posizione orto o para dei 4 gruppi arilici del ciclo porfirinico che portano, in posizione pirrolica, dei sostituenti de localizzati con uno o più gruppi carbossilici che garantiscono l’ancoraggio al semiconduttore e un trasferimento di elettroni alla sua superficie.
La presenza di queste catene dovrebbe aumentare la densità elettronica sulla porfirina e inibire, per motivi sterici, i fenomeni di aggregazione, tipici di questi sistemi pseudo planari, oltre a inibire fenomeni di ricombinazione di carica come la scarica della forma ossidata dell’elettrolita sul fotoanodo di TiO2.
Poiché la coppia I3-/I- spesso usata come elettrolita in DSSC presenta alcuni inconvenienti, una parte del progetto riguarderà lo studio di nuovi complessi di rame come mediatori di trasferimento elettronico. In natura, le proteine blu di rame agiscono come efficienti mediatori di trasferimento elettronico a causa di una geometria tetragonale distorta che minimizza le differenze di geometrie fra Cu(I) e Cu(II). Simili complessi di Cu sono stati utilizzati in celle DSSC. Il potenziale redox della coppia Cu(II)/Cu(I) è sensibile alla distorsione tetragonale e può essere modulato grazie ad un’adeguata scelta dei leganti: ingombro sterico e softness favoriscono un aumento del potenziale redox. Verranno preparati complessi di rame caratterizzati da una elevata distorsione tetragonale che permetta un rapido trasferimento elettronico e un potenziale redox elevato, alzando il potenziale a circuito aperto (Voc). Si prepareranno complessi tipo [Cu(2,9-R-1,10-fenantrolina](CF3SO3)2 (R=gruppo alchile o fenile a vario ingombro sterico), con eventuali sostituenti elettrondonatori o accettori sulla fenantrolina. Verranno infine studiati complessi di Cu asimm
Finora, la maggior parte degli studi sulle DSSC è basata sull'uso, come sensibilizzatori, di complessi bipiridinici di Ru(II) capaci di assorbire radiazione e quindi eccitare e trasportare elettroni sul semiconduttore TiO2. Recentemente sono state raggiunte efficienze del 12.5% utilizzando come fotosensibilizzatore una porfirina stericamente ingombrata e un elettrolita a base di cobalto polipiridile, invece della coppia I-/ I3-.
Il presente progetto di ricerca si occuperà della sintesi e caratterizzazione spettroscopica ed elettrochimica di nuovi sistemi porfirinici stericamente ingombrati sostituiti in posizione
pirrolica con un residuo delocalizzato che porta uno o due gruppi carbossilici, da sviluppare come fotosensibilizzatori in celle solari organiche DSSC.In particolare saranno progettate, sintetizzate e caratterizzate Zn(II) tetrafenil porfirine con lunghe catene alcossiliche localizzate in posizione orto o para dei 4 gruppi arilici del ciclo porfirinico che portano, in posizione
pirrolica, dei sostituenti de localizzati con uno o più gruppi carbossilici che garantiscono l’ancoraggio al semiconduttore e un trasferimento di elettroni alla sua superficie.La presenza di queste catene dovrebbe aumentare la densità elettronica sulla porfirina e inibire, per motivi sterici, i fenomeni di aggregazione, tipici di questi sistemi pseudo planari, oltre a inibire fenomeni di ricombinazione di carica come la scarica della forma ossidata dell’elettrolita sul fotoanodo di TiO2.
Poiché la coppia I3-/I- spesso usata come elettrolita in DSSC presenta alcuni inconvenienti, una parte del progetto riguarderà lo studio di nuovi complessi di rame come mediatori di trasferimento elettronico. In natura, le proteine blu di rame agiscono come efficienti mediatori di trasferimento elettronico a causa di una geometria tetragonale distorta che minimizza le differenze di geometrie fra Cu(I) e Cu(II). Simili complessi di Cu sono stati utilizzati in celle DSSC. Il potenziale redox della coppia Cu(II)/Cu(I) è sensibile alla distorsione tetragonale e può essere modulato grazie ad un’adeguata scelta dei leganti: ingombro sterico e softness favoriscono un aumento del potenziale redox. Verranno preparati complessi di rame caratterizzati da una elevata distorsione tetragonale che permetta un rapido trasferimento elettronico e un potenziale redox elevato, alzando il potenziale a circuito aperto (Voc). Si prepareranno complessi tipo [Cu(2,9-R-1,10-fenantrolina](CF3SO3)2 (R=gruppo alchile o fenile a vario ingombro sterico), con eventuali sostituenti elettrondonatori o accettori sulla fenantrolina. Verranno infine studiati complessi di Cu asimm