STABILITÀ E EFFICIENZA DELLE CELLE SOLARI ELETTROCHIMICHE A COLORANTE - DSC

In a recent study we have demonstrated that the DSC degradation is related to the presence of the iodine-based redox. At this concern we have tested cells with 4 cm*2 of area, which have been irradiated for 3600 hours with sun simulator and natuiral light. The working conditions were carefully controlled in order to establish the main factors of performance loss. In the present contribution we present results of electrochemical impedance spectroscopy combined to the determination of the optical transmission of the cell. It has been recognized that the resistance of recombination and the lifetime of the photoinjected electrons are the two parameters that vary more largely with the life of operation of the DSC. The resistance originating from the diffusion of the redox shuttle decreases with operational life of the DSC. The conclusions of the present studies will serve to define the actual perspectives of DSC utiilization in operative conditions.

Lo sviluppo negli ultimi 20 anni delle ricerche sulle celle solari a colorante (dye-sensitized-cells, DSC) è stato spettacolare, se consideriamo l’efficienza e la superficie attiva della prima cella [1], rispetto a quelle delle celle DSC di oggi. In tutti questi anni, tuttavia, sono stati pochi gli studi riguardanti la stabilità della cella in condizioni di operazione, sotto illuminazione solare vera o simulata [2]. In passato abbiamo già notato il ruolo cruciale che svolge l’elettrolita redox nel determinare la corrente limite di cella [3] e, possibilmente, la sua decrescita graduale nel tempo. Nel nostro recente lavoro abbiamo dimostrato che la degradazione delle proprietà di cella è fortemente correlata con l’azione del mediatore redox a base di iodio/ioduro. Abbiamo analizzato, a tale scopo, il comportamento di celle con area rettangolare (1 cm x 4 cm), irraggiate a lungo (fino a 3600 h) sia in laboratorio sia sotto luce naturale [4]. Le condizioni di lavoro (temperatura, inclinazione della cella, resistenza di carico) sono state accuratamente vagliate, per poter stabilire i principali fattori di perdita di efficienza di conversione solare, che vanno da un minimo di 0.8% annuo, fino a un massimo di oltre 9% annuo, per celle DSC identiche, tutte con efficienza iniziale del 5%. Presenteremo in questo lavoro una serie di risultati di misure di impedenza elettrochimica (EIS) e di trasmittanza ottica dell’elettrolita, la cui analisi rivela che i due parametri di cella che diminuiscono maggiormente con il tempo di operazione sono la resistenza di ricombinazione e il tempo di vita del fotoelettrone, mentre invece aumenta la resistenza di diffusione dell’elettrolita redox. Discuteremo quindi le prospettive di applicazione su larga scala delle celle DSC, tenendo conto delle conclusioni di questo studio.