Ученые проанализировали передачу заряда в красителях из металлов переходного ряда

Комплексы переходных металлов в солнечных батареях на основе красителей отвечают за превращение света в электричество. Новое исследование показало, что для описания процесса используется слишком упрощенная модель.

Сотрудники электронного накопительного кольца BESSY II впервые изучили фундаментальные фотохимические процессы металлических атомов и их лиганд, сообщает phys.org. Выводы проекта представлены в Angewandte Chemie, International Edition.

Органические солнечные батареи, вроде установок Гретцеля, содержат красители на основе комплексов металлов переходного ряда. Солнечный свет возбуждает внешние электроны, заставляя их перемещаться с центральных орбит на орбиты смежных соединений. До сегодняшнего дня считалось, что носители заряда пространственно разделяются в процессе, а потом отрываются. Это обеспечивает движение тока. Команда, возглавляемая Александром Фёлишем, показала ошибочность этого мнения.

Использовав короткие рентгеновские импульсы BESSY II при небольших углах атаки, ученые проследили каждый шаг процесса в железных комплексах, запущенного лазерным фотовозбуждением.

«Мы можем напрямую наблюдать, как луч сокращает численность частиц на трехмерных орбитах металла», — сказал докуторант Рафаэль Джей, первый автор работы.

С помощью теоретических расчетов ученые точно интерпретировали результаты рентгеновской абсорбционной спектроскопии с разрешением во времени. Выяснилось, что лазерный импульс действительно заставляет электроны атомов железа перемещаться в прилегающие лиганды. Но эти структуры сразу толкают заряд обратно в металл, компенсируя потерю, вызванную отделением носителя тока.

Открытие может поспособствовать созданию новых материалов для сенсибилизированных красителем солнечных батарей. Сейчас в органических системах преимущественно используются рутениевые комплексы. Это – редкий и дорогой элемент. Железные комплексы значительно дешевле и характеризуются высокими скоростями рекомбинации носителей заряда. Дальнейшие исследования помогут определить свойства металлов переходного ряда, повышающие эффективность превращения света в электричество.