Basel Üniversitesi’ndeki bilim insanları, yüzeydeki bipiridin moleküllerinin mekansal düzenini değiştirmenin bir yolunu buldular. Boya duyarlı güneş hücrelerinin potansiyel bileşenleri, metallerle kompleksler oluşturur ve böylece kimyasal konformasyonlarını değiştirir.
Boya-duyarlı hale getirilmiş güneş pilleri, enerji verimi konusunda henüz tam olarak tatmin edici olmasa da, yıllardır geleneksel güneş pilleri için sürdürülebilir bir alternatif olarak kabul edilmiştir. Verimlilik, boya duyarlı güneş hücrelerinin birbiri üzerine yığıldığı tandem güneş pilleri* kullanılarak artırılabilir. Güneş ışığını emen boyanın yarı iletkene bağlanma şekli, bu güneş pilinin etkinliğinde çok önemli bir rol oynar. Bununla birlikte, tandem boya duyarlı hücrelerin özellikle uygun olan boyaların nikel oksit yüzeyler üzerine tutunması henüz yeterince anlaşılmamıştır.
Yüzeylerde bağlama
İsviçre Nanoscience Enstitüsü’nden bilim insanları ve Basel Üniversitesi Fizik ve Kimya Bölümleri disiplinlerarası bir çalışmayla, tek bir bipiridin moleküllerinin nikel oksit ve altın yüzeylere nasıl bağlandığını araştırdı.
Bipiridin kristalleri, yarı iletken bir yüzey üzerinde boya duyarlı hücreler için bir ankor molekülü olarak görev yapmıştır. Bu ankor molekülü, metal komplekslerine bağlanır. Böylece çeşitli boyaları bağlamak için kullanılabilir. Prob mikroskopları kullanılarak yapılan tarama sonucu, başlangıçta bipiridin moleküllerinin trans konfigürasyonunda yüzeye düz bir şekilde bağlandığını tespit etmiştir. Demir atomlarının eklenmesi ile sıcaklıkta bir artış olmakta ve bipiridin molekülündeki bir karbon atomu etrafında bir dönüşe neden olmaktadır. Bu da cis konfigürasyonunun oluşumuna yol açmaktadır.
Fizik Profesörü Ernst Meyer “Cis ve trans konfigürasyonunun kimyasal bileşimi aynıdır, ancak mekansal düzenlemeleri çok farklıdır. Yapılandırmadaki değişiklik, prob mikroskobu ölçümleri taramasında açıkça ayırt edilebilir. “
Mekansal düzenlemedeki bu değişim, bir metal kompleksinin oluşumunun sonucudur. Bu durum, bilim insanları tarafından bipridinin altın yüzeyde incelenmesiyle doğrulanmıştır. Boya duyarlı güneş hücrelerinin hazırlanması sırasında, bu reaksiyonlar bir çözelti içinde gerçekleşir. Bununla birlikte, tek tek moleküllerin incelenmesi ve davranışları, yalnızca tarama prob mikroskoplarının vakumda kullanılmasıyla mümkündür.
Meyer, “Bu çalışma, bir yüzeye sıkıca bağlı olan moleküllerin konfigürasyonlarını nasıl değiştirdiğini ilk kez gözlemlememize olanak sağlamıştır. Bu, ankor moleküllerinin nikel oksit yüzeylerinde nasıl davrandığını daha iyi anlamamızı sağlar.”
*Tandem güneş pilleri; güneşin geniş ışık spektrumundan daha fazla yararlanmak için farklı enerji aralıklarına sahip güneş pillerini art arda sıralamak esasına dayanmaktadır.