Approccio chemiometrico allo studio di stabilità di un colorante organico per Dye-sensitized Solar Cells

Renewable energy sources represent a solution to the energy problem that is involving the world. The Sun is the source of energy available and more easily exploitable. Dye-sensitized Solar Cells (DSC) are part of this branch of research. The interest that revolves around the DSC sensitized with organic dye is very high as they offer a viable alternative to expensive conventional silicon devices. The most important advantages of this new technology are the ease of implementation, the low production costs, low environmental impact and good efficiencies. The DSC however, are not yet on the market on a large scale since they have some problems, the most important is the low long-term stability especially for organic dyes. In this thesis work was analyzed the organic dye VG4C8 that is part of the family of squaraines symmetrical from the point of view of the synthesis and Uv-Vis and IR characterization to evaluate both the absorption properties that the functional groups in the molecule and the behavior of dye in the solution used in the sensitization of the sample. Also will be showed the study of the stability of the sensitizer when it is in interaction with the titania focusing attention on the decrease of the adsorption of the dye from the photoanode. Such property was evaluated by monitoring the absorption spectrum of the sample (the only sensitized photoanode). The study of the degradation was supported by the instrument Experimental design that has allowed us to find the optimal experimental conditions in order to reach a compromise between low degradation rate and a good adsorption of the dye on titania. The dye concentration and coadsorbent in ethanolic solution of sensitizer and the immersion time of the photoanode are parameters varied during the execution of this experimental design. The work was completed with the search of the optimal experimental conditions for the realization of a complete DSC. Even in this case a chemometric survey was used varying both the temperature during the sensitization phase and the parameters yet changed in the experimental design in which we evaluated the degradation of the dye. At the end of this work was compared the observations made on the study of the stability of the photoanode with the information from the Experimental design of a complete

Le fonti rinnovabili rappresentano una soluzione al problema energetico che sta investendo il mondo intero. Il Sole rappresenta la fonte di energia più facilmente sfruttabile e reperibile. In questo ramo di ricerca si inseriscono le Dye-sensitized Solar Cells. L'interesse che ruota attorno alle Dye-sensitized Solar Cells sensibilizzate a colorante organico è molto elevato in quanto offrono un'alternativa valida ai costosi dispositivi al silicio tradizionali. I più importanti vantaggi dell'utilizzo di tale tecnologia risultano essere la facilità di realizzazione, i bassi costi di produzione, il basso impatto ambientale e buone efficienze. Le DSC però non sono ancora in commercio su larga scala poiché possiedono dei problemi, il più rilevante è la bassa stabilità a lungo termine soprattutto per i coloranti organici. Nel presente lavoro di tesi è stato analizzato il colorante organico VG4C8 che fa parte della famiglia delle squaraine simmetriche dal punto di vista della sintesi e della caratterizzazione UV-Vis e IR per valutare sia le proprietà di assorbimento che i gruppi funzionali e il comportamento nella molecola di colorante nella soluzione usata nella sensibilizzazione del campione. Inoltre verrà presentato lo studio di stabilità del sensibilizzatore quando si trova in interazione con la titania focalizzando l'attenzione sul decremento dell'adsorbimento del colorante dal fotoanodo. Tale caratteristica è stata valutata monitorando lo spettro di assorbimento del campione (il solo fotoanodo sensibilizzato). Lo studio della degradazione è stato supportato dallo strumento dell'experimental design che ha permesso di trovare le condizioni sperimentali ottimali in modo da raggiungere un compromesso tra velocità di degradazione basse e un buon adsorbimento del colorante sulla titania. La concentrazione di colorante e di coadsorbente nella soluzione etanolica di sensibilizzatore e il tempo di immersione del fotoanodo sono stati i parametri variati durante l'esecuzione del disegno sperimentale. Il lavoro si è concluso con la ricerca delle condizioni sperimentali ottimali di realizzazione di una DSC completa. Anche in questo caso si è ricorso ad un'indagine chemiometrica variando oltre alla temperatura durante la fase di sensibilizzazione anche i parametri già variati nel disegno sperimentale in cui si è valutata la degradazione del colorante. Il fine della parte conclusiva dell'elaborato è stata quella di confrontare le osservazioni fatte sullo studio di stabilità del solo fotoanodo con le informazioni ricavate dall'experimental design di una DSC completa.