Film di nanostrutture di ZnO semplici e gerarchiche: sintesi da soluzione e applicazione come fotoanodi in celle fotovoltaiche di tipo DSSC

In this work films of simple and hierarchical ZnO nanostructures were obtained through hydrothermal reactions and applied as photoanodes in dye-sensitized solar cells (DSSCs). Films of the simplest nanostructures, i.e. ZnO nanorods and ZnO nanofoils, were grown through hydrothermal synthesis on different ZnO seed-layers. In addition Simple ZnO nanostructures were also exploited as building blocks for the hydrothermal synthesis of more complex ZnO nanostructures presenting hierarchical architectures (e.g. brush-like, tree-like and Lotus-leaf-like) thus enhanced exposed surface area. Additionally, some simple and complex ZnO nanostructures were also used as cores for the realization of ZnO-TiO2 core-shell hetero-structures. Besides structural, morphological and optical characterization of the ZnO and ZnO-TiO2 nanostructured films above, a functional characterization was also realized by using some of them as photoanodes in DSSCs. DSSCs based on hierarchical nanostructures of ZnO (brush-like ones) have shown relatively high photo-conversion efficiencies (PCE 1.97 %) compared to simpler nanostructures such as ZnO nanofoils, nanorods (PCE 0.5-1.2 %), by virtue of their enhanced exposed surface area. Examples of DSSCs based on films of various types of core-shell ZnO-TiO2 nanostructures are briefly reported as well.

In questo lavoro film di nanostrutture semplici e gerarchiche di ZnO sono state ottenute tramite reazioni idrotermali e applicate come fotoanodi in celle solari dye-sensitized (DSSCs). Film delle nanostrutture più semplici, come nanorod o nanofogli di ZnO, sono stati cresciuti tramite sintesi idrotermale su seed-layers differenti di ZnO. Inoltre nanostrutture semplici di ZnO sono state sfruttate come building block per le sintesi idrotermali di nanostrutture più complesse di ZnO, presentanti architetture gerarchiche (come brush-like, tree-like e Lotus-leaf-like) in modo da aumentare l’area superficiale esposta. In più, alcune nanostrutture di ZnO, semplici e complesse, sono state anche usate come core per la preparazione di etero-strutture core-shell ZnO-TiO2. Oltre alle caratterizzazioni strutturali, morfologiche e ottiche dei film nanostrutturati di ZnO e ZnO-TiO2 descritti sopra, è stata anche realizzata una caratterizzazione funzionale utilizzando alcune di loro come fotoanodi in DSSCs. DSSCs basate su nanostrutture gerarchiche di ZnO di tipo brush-like hanno mostrato efficienze di foto-conversione relativamente alte (PCE 1.97%) se confrontate con nanostrutture più semplici quali nanofogli o nanorod (PCE 0.5-1.2%), ciò in virtù dell’aumento dell’area superficiale esposta. Infine sono anche brevemente riportati esempi di DSSCs basate su film di vari tipi di nanostrutture core shell ZnO-TiO2.