Sintesi e caratterizzazione di TiO2 Nanostrutturato e drogato con non metalli per applicazioni fotovoltaiche

L'obiettivo di questo lavoro è verificare se sia possibile costruire una cella di Grätzel che non utilizzi un colorante come fotosensibilizzatore. Per farlo sono stati sintetizzati sette differenti campioni di TiO2 mediante la tecnica sol-gel, di cui uno non drogato e utilizzato come riferimento, tre drogati con solo azoto e tre drogati sia con azoto che con fluoro. Questi campioni sono stati caratterizzati mediante spettroscopia UV-Visibile, TEM, AFM, XRPD, DLLS e analisi BET allo scopo di determinare le dimensioni delle particelle ottenute e di verificare l'entrata degli elementi droganti all'interno del reticolo cristallino del TiO2. Utilizzando questi campioni sono stati prodotti alcuni elettrodi utilizzati, in parte, per la costruzione di alcune celle di Grätzel caratterizzate in seguito mediante misure sotto illuminamento e in condizioni di buio e in parte sottoposti a caratterizzazioni profilometriche e osservazioni al microscopio ottico e al SEM. Dalla caratterizzazione dei campioni in polvere di TiO2 si è visto che gli assorbimenti ottici dei campioni dipendono dall'elemento drogante introdotto e dalla temperatura di calcinazione. In particolare, i campioni calcinati a 450°C mostrano assorbimenti che si estendono fino alle lunghezza d'onda del verde, mentre i campioni calcinati a 350°C mostrano assorbimenti che si estendono fino al range dell'IR. Dei campioni calcinati a 450°C quelli che presentano assorbimenti più intesi sono quelli che sono drogati sia con azoto che con fluoro. Nei campioni drogati a 350°C, le cose si invertono. La difrattometria a raggi X ha permesso di evidenziare che tutti i campioni si trovano nella fase anatasio. Inoltre ha permesso di determinare la dimensione dei cristalliti che sembrerebbe dipendere dal tipo di drogaggio: i campioni drogati con solo azoto presentano cristalli di dimensioni inferiori rispetto a quelli contenenti sia azoto che fluoro. Le analisi svolte all'AFM, al TEM e con la tecnica DLLS hanno evidenziato la spiccata tendenza, del materiale sintetizzato, alla formazione di aggregati anche di notevoli dimensioni. La caratterizzazione degli elettrodi ottenuti a partire dai campioni prodotti nel corso di questo lavoro ha permesso di evidenziarne la scarsa qualità. Le misure elettriche condotte sulle celle hanno permesso di verificare se esse erano foto-attive o meno. I risultati ottenuti, non sono buoni, infatti, le celle mostrano una resa di conversione così bassa da non poter essere valutata. Questo poiché gli elettrodi che le formano sono di scarsa qualità e perché il materiale sintetizzato assorbe solo una piccola fetta dello spettro solare. Ciò nonostante eseguendo alcune misure della d.d.p. e della corrente ai loro capi in diverse condizioni di illuminamento, è stata osservata una variazione di questi parametri in funzione della potenza incidente. Ciò è sufficiente a dimostrare che i dispositivi ottenuti sono foto-attivi confermando che sia possibile costruire una cella di Grätzel che non usi un colorante organico come fotosensibilizzatore.