Efecto de la sustitución isotópica en los procesos elementales en celdas solares sensibilizadas por colorantes: tintes de ácido amino-fenil deuterados en TiO
Autores: Manzhos, Sergei; Segawa, Hiroshi; Yamashita, Koichi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2013
Acceso abierto
Artículo científico
2013
Efecto de la sustitución isotópica en los procesos elementales en celdas solares sensibilizadas por colorantes: tintes de ácido amino-fenil deuterados en TiO
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Efectos de la sustitución isotópica
Celdas solares sensibilizadas por colorantes
Dinámica molecular
Absorción de luz
Dinámica de adsorción de colorantes
Retrodonación de electrones
Licencia
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Presentamos el primer estudio computacional de los efectos de la sustitución isotópica en el funcionamiento de las células solares sensibilizadas por colorantes. La dinámica molecular se utiliza para estudiar el efecto de la deuteración en la absorción de luz, la dinámica de adsorción del colorante, la fuerza impulsora promediada sobre las vibraciones para la inyección (delta) y la regeneración (delta), así como en la promoción de la retrodonación electrónica en los colorantes NK1 (ácido 2,4-2-ciano-5-(4-dimetilaminofenil)penta-2,4-dienoico) y NK7 (ácido 2,4-2-ciano-5-(4-difenilaminofenil)penta-2,4-dienoico) adsorbidos en configuraciones disociativas mono y bidentadas en la superficie de anatasa (101) de TiO. La deuteración provoca un corrimiento hacia el rojo del espectro de absorción del complejo colorante/TiO en aproximadamente un 5% (decenas de nm), lo que puede afectar notablemente la superposición con el espectro solar en células reales. El efecto dinámico en la fuerza impulsora para la inyección y la recombinación (la diferencia entre el promedio y delta en la configuración de equilibrio) es fuerte, sin embargo, sorprendentemente hay poco efecto isotópico: la fuerza impulsora promedio para la inyección y para la regeneración cambia solo alrededor de 10 meV al deuterarse. La dinámica nuclear mejora la recombinación al estado fundamental del colorante debido al acercamiento del grupo donante de electrones a TiO, sin embargo, este efecto es similar para los colorantes deuterados y no deuterados. Concluimos que la dinámica nuclear de los enlaces C-H(D), principalmente afectados por la deuteración, podría no ser importante para el funcionamiento de células fotoelectroquímicas basadas en colorantes orgánicos. Dado que el valor esperado de la energía del estado fundamental es mayor que su valor de geometría óptima (hasta 0.1 eV en el caso presente), los movimientos nucleares afectarán la regeneración del colorante por las combinaciones de colorante de transporte de redox recientemente propuestas que operan a bajas fuerzas impulsoras.
Descripción
Presentamos el primer estudio computacional de los efectos de la sustitución isotópica en el funcionamiento de las células solares sensibilizadas por colorantes. La dinámica molecular se utiliza para estudiar el efecto de la deuteración en la absorción de luz, la dinámica de adsorción del colorante, la fuerza impulsora promediada sobre las vibraciones para la inyección (delta) y la regeneración (delta), así como en la promoción de la retrodonación electrónica en los colorantes NK1 (ácido 2,4-2-ciano-5-(4-dimetilaminofenil)penta-2,4-dienoico) y NK7 (ácido 2,4-2-ciano-5-(4-difenilaminofenil)penta-2,4-dienoico) adsorbidos en configuraciones disociativas mono y bidentadas en la superficie de anatasa (101) de TiO. La deuteración provoca un corrimiento hacia el rojo del espectro de absorción del complejo colorante/TiO en aproximadamente un 5% (decenas de nm), lo que puede afectar notablemente la superposición con el espectro solar en células reales. El efecto dinámico en la fuerza impulsora para la inyección y la recombinación (la diferencia entre el promedio y delta en la configuración de equilibrio) es fuerte, sin embargo, sorprendentemente hay poco efecto isotópico: la fuerza impulsora promedio para la inyección y para la regeneración cambia solo alrededor de 10 meV al deuterarse. La dinámica nuclear mejora la recombinación al estado fundamental del colorante debido al acercamiento del grupo donante de electrones a TiO, sin embargo, este efecto es similar para los colorantes deuterados y no deuterados. Concluimos que la dinámica nuclear de los enlaces C-H(D), principalmente afectados por la deuteración, podría no ser importante para el funcionamiento de células fotoelectroquímicas basadas en colorantes orgánicos. Dado que el valor esperado de la energía del estado fundamental es mayor que su valor de geometría óptima (hasta 0.1 eV en el caso presente), los movimientos nucleares afectarán la regeneración del colorante por las combinaciones de colorante de transporte de redox recientemente propuestas que operan a bajas fuerzas impulsoras.