Sintesi e caratterizzazione di sali organici per fasi ioniche funzionali

La richiesta di fonti di energia è in continua crescita da parte di ogni settore legato allo sviluppo economico e sociale, diverse alternative ai combustibili fossili, la fonte di energia predominante oggi, vengono meticolosamente studiate per trovare soluzioni eco-compatibili ed eco-sostenibili. Nel contesto dell'energia solare, celle solari a silicio cristallino rappresentano la tecnologia più avanzata anche in termini di efficienza. Sfortunatamente, il costo relativamente alto di questo tipo di celle è tuttora il maggior ostacolo al loro impiego e superarlo rappresenta una sfida scientifica molto attuale. Le celle sensibilizzate a colorante (DSSCs) possono essere prodotte ad un costo molto inferiore e con resistenza termica migliore, quindi offrono una promettente alternativa al fotovoltaico di prima e seconda generazione. Inoltre sono sensibili ad un più ampio spettro luminoso, il che significa che possono operare anche a intensità di luce relativamente basse, per esempio in luce diffusa. I dispositivi basati su celle DSSCs sono in grado di generare corrente elettrica fino ad una efficienza complessiva del 12%. Oltre al colorante ed al materiale degli elettrodi, un ruolo chiave è rivestito dall'elettrolita. Sebbene elettroliti basati su solventi organici, come acetonitrile, e con additivi ionici diano la migliore efficienza, durante gli ultimi anni sono stati considerati i liquidi ionici (ILs) come una alternativa ecocompatibile agli elettroliti organici convenzionali. La loro conducibilità, come la loro stabilità elettrochimica, la loro trascurabile tensione di vapore e non-infiammabilità sono le più interessanti proprietà fisiche che ci permettono di considerarli elettroliti ideali per molte applicazioni interessanti, come già descritto in un crescente numero di pubblicazioni. Insieme alla conducibilità la proprietà più interessante degli ILs è la loro stabilità elettrochimica verso processi di ossidazione e riduzione, espressa dall'ampia finestra elettrochimica. Considerando che il meccanismo sul quale si basa una DSSC è centrato sul sistema redox ioduro/triioduro per il trasferimento elettronico al colorante e che un meccanismo di tipo Grotthuss contribuisce all'efficienza del trasporto di carica negli ILs, la velocità del trasporto ionico è uno dei fattori limitanti delle celle solari a causa dell'elevata viscosità di questi sistemi. L'uso di cristalli liquidi ionici (ILCs) come elettroliti è considerata la strategia futura per aumentare la diffusione, nonostante la loro maggiore viscosità. Le fasi liquido-cristalline sono caratterizzate da un ordine parziale, intermedio tra il completo ordine traslazionale e orientazionale della fase cristallina ed il completo disordine della fase liquida isotropa. I cristalli liquidi ionici sono candidati molto promettenti per progettare materiali conduttivi anisotropi come quelli descritti sopra perché hanno una anisotropia strutturale e perché contengono ioni come trasportatori di carica. Questa classe di composti sta trovando applicazione anche nella tecnologia DSSC dato che ci si aspetta che combinino insieme le proprietà tecnologiche di ILs e cristalli liquidi (LCs); possono essere considerati come fasi liquide ordinate dove dei veri e propri canali di conduzione possono facilitare e promuovere la diffusione di I3- e I-, e dunque il passaggio di elettroni anche per mezzo del meccanismo di Grotthuss. Inoltre le lunghe catene alchiliche e/o perfluoroalchiliche delle molecole mesogene possono agire da strati isolanti per i canali conduttori. In questo contesto il progetto intende realizzare dei nuovi ILs e ILCs funzionali, come trasportatori di cariche in sistemi fotovoltaici di nuova generazione, come le DSSCs. Saranno sintetizzate molte specie cationiche, basate su vari sistemi eterociclici, funzionalizzate con catene alchiliche e/o perfluoroalchiliche dove l'asimmetria è indotta dalla diversa sostituzione di un sistem