Studio, sviluppo e realizzazione di celle solari fotoelettrochimiche sensibilizzate con Antocianine e complessi di Ru(II)

Capitolo I. Breve introduzione della tematica affrontata    1.1 Storia.  Le  celle  fotovoltaiche  utilizzano  l’effetto  fotoelettrico  la  cui  scoperta  è  attribuita  a  Edmond Becquerel. L’apparato sperimentale che gli permise di  identificare tale effetto era  costituito  da  una  soluzione  di  un  alogenuro  metallico  con  immersi  due  elettrodi,  l’illuminazione di tale dispositivo provocava il passaggio di corrente tra gli elettrodi. Questo  sistema  può  essere  considerato  un  precursore  delle moderne  celle  fotoelettrochimiche.  Becquerel  pubblicò  un  articolo  sulla  sua  scoperta  nel  1839, ma  il  fenomeno  dell’effetto  fotoelettrico venne compreso solo dopo  la nascita della meccanica quantistica all’inizio del  XX  secolo.  Nel  1905  Albert  Einstein  scrisse  un  articolo  che  chiarì  definitivamente  il  meccanismo  dell’effetto  fotoelettrico  [1]; ma  anche molto  prima  che  tale  effetto  venisse  spiegato, gli  scienziati  scoprirono un certo numero di eventi  legati alle celle  fotovoltaiche.  Nel 1837 Louis Daguerre, sfruttando la fotosensibilità dello ioduro [2],  creò il daguerreotipo,  il primo tipo di immagine fotografica. Il campo della fotografia è stato oggetto di numerose  ricerche  empiriche: William  Henry  Fox  Talbot,  accidentalmente,  rivoluzionò  la  fotografia  quando impiegò cristalli di alogenuro d'argento depositati su film di cellulosa,  tale metodica  ridusse il tempo di esposizione da un'ora (il daguerreotipo) a tre minuti; Talbot chiamò il suo  processo fotografico calotipo [3]. Queste intuizioni diedero un forte impulso all’interesse nel  campo della fotosensibilizzazione: i semiconduttori alogenuri di argento utilizzati da Talbot e  da  altri  a  quel  tempo,  avevano  valori  di  band  gap  (differenza  di  energia  tra  banda  di  conduzione  e  banda  di  valenza)  compresi  tra  2.7  e  3.2  eV  ,  per  questo  motivo  non  rispondevano alle lunghezze d'onda superiori a 460 nm, in quanto queste lunghezze d'onda  non sono sufficientemente energetiche da permettere il superamento delle stesse bad gap.  Nel 1873, Hermann Vogel, un professore di  fotochimica,  spettroscopia e  fotografia,  scoprì  che,  utilizzando  alcuni  coloranti  organici,  era  possibile  estendere  la  foto‐risposta  degli  alogenuri d'argento, in modo da renderli sensibili alle lunghezze d'onda superiori a 460 nm.  Le fotografie, dapprima sensibili solo alla luce bianco‐blu, divennero sensibili anche a quella  verde, si sviluppò quindi  la produzione di  lastre ortocromatiche (sensibili a tutto  lo spettro  visibile  ad  eccezione  del  rosso  e  dell’arancione).  Circa  25  anni  più  tardi,  agli  inizi  del  XX