Os cientistas foram capazes de determinar o arranjo espacial das moléculas de bipiridina (cinza) em uma superfície de átomos de níquel e oxigênio (amarelo / vermelho). A rotação altera a transconfiguração (frente direita) para uma configuração cis (frente esquerda). Crédito:Universidade de Basel, Departamento de Física
Cientistas da Universidade de Basel descobriram uma maneira de mudar o arranjo espacial das moléculas de bipiridina em uma superfície. Esses componentes potenciais das células solares sensibilizadas com corantes formam complexos com metais e, portanto, alteram sua conformação química. Os resultados desta colaboração interdisciplinar entre químicos e físicos de Basel foram publicados recentemente na revista científica ACS Omega .
As células solares sensibilizadas com corante têm sido consideradas uma alternativa sustentável às células solares convencionais por muitos anos, mesmo que seu rendimento energético ainda não seja totalmente satisfatório. A eficiência pode ser aumentada com o uso de células solares em tandem, onde as células solares sensibilizadas com corante são empilhadas umas sobre as outras.
A forma como o corante, que absorve a luz solar, está ancorado ao semicondutor desempenha um papel crucial na eficácia dessas células solares. Contudo, a ancoragem dos corantes em superfícies de óxido de níquel - que são particularmente adequadas para células tandem sensibilizadas com corante - ainda não é suficientemente compreendida.
Vinculação em superfícies
Ao longo de uma colaboração interdisciplinar, cientistas do Instituto Suíço de Nanociência e dos Departamentos de Física e Química da Universidade de Basel investigaram como moléculas de bipiridina simples se ligam a superfícies de óxido de níquel e ouro.
Os cristais de bipiridina serviram como uma molécula âncora para células sensibilizadas por corante em uma superfície semicondutora. Esta âncora liga os complexos metálicos, que por sua vez pode então ser usado para ligar os vários corantes.
A configuração da molécula de bipiridina é alterada pela ligação de um átomo de ferro (marrom). A composição química das moléculas é a mesma, mas seu arranjo espacial e propriedades químicas são muito diferentes. Crédito:Universidade de Basel, Departamento de Física
Com a ajuda de microscópios de sonda de varredura, a investigação determinou que inicialmente as moléculas de bipiridina se ligam de forma plana à superfície em sua configuração trans. A adição de átomos de ferro e um aumento na temperatura causam uma rotação em torno de um átomo de carbono na molécula de bipiridina e, portanto, leva à formação da configuração cis.
"A composição química da configuração cis e trans é a mesma, mas seu arranjo espacial é muito diferente. "A mudança na configuração pode ser claramente distinguida com base nas medições do microscópio de sonda de varredura, "confirma o físico experimental Professor Ernst Meyer.
Complexos de metal em uma configuração modificada
Esta mudança no arranjo espacial é o resultado da formação de um complexo metálico, como confirmado pelos cientistas através de seu exame da bipiridina em uma superfície de ouro.
Durante a preparação das células solares sensibilizadas com corante, essas reações ocorrem em uma solução. Contudo, o exame de moléculas individuais e seu comportamento só é possível com o uso de microscópios de sonda de varredura no vácuo.
"Este estudo nos permitiu observar pela primeira vez como as moléculas que estão firmemente ligadas a uma superfície mudam sua configuração, "resume Meyer." Isso nos permite entender melhor como as moléculas de âncora se comportam em superfícies de óxido de níquel. "
