Perspectivas de la Teoría del Funcional de Densidad sobre la Viabilidad de Colorantes Reactivos Modificados como Sensibilizadores de Colorante en Aplicaciones de Celdas Solares Sensibilizadas por Colorante
Autores: Dindorkar, Shreyas S.; Yadav, Anshul
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Perspectivas de la Teoría del Funcional de Densidad sobre la Viabilidad de Colorantes Reactivos Modificados como Sensibilizadores de Colorante en Aplicaciones de Celdas Solares Sensibilizadas por Colorante
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía solar
Palabras clave
Colorantes reactivos
Sensibilizadores de colorantes
Celdas fotovoltaicas
Teoría del funcional de densidad
Propiedades de transporte de carga
Propiedades de transporte de electrones
Licencia
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Recientemente, los colorantes reactivos han atraído mucha atención para aplicaciones en celdas solares sensibilizadas por colorante. Este estudio se esfuerza por diseñar sensibilizadores de colorante con una eficiencia mejorada para celdas fotovoltaicas mediante la modificación de los colorantes azul reactivo 5 (RB 5) y marrón reactivo 10 (RB 10). Se utilizaron tres estrategias diferentes para diseñar los sensibilizadores, y su eficiencia se comparó utilizando la teoría del funcional de la densidad (DFT). Se obtuvieron la geometría optimizada, los valores de la brecha de energía, la densidad de estados, el análisis de la superficie de potencial electrostático y los espectros de absorción FT-IR teóricos de los sensibilizadores. En la primera estrategia, se anclaron grupos funcionales (grupos donadores de electrones (CH), grupos retiradores de electrones (-NO)) a las moléculas de colorante, y se evaluó su efecto en las propiedades de transporte de carga utilizando el análisis DFT. Los dos últimos diseños se basaron en una estrategia donador--aceptor. El segundo diseño consistió en regiones donador-aceptor intramoleculares separadas por un espaciador basado en benzoditiopeno. En la tercera estrategia, se unió una unidad aceptora externa a las moléculas de colorante a través del espaciador basado en benzoditiopeno. Se estudiaron las fuerzas donadoras de electrones de los grupos donadores en los sistemas donador--aceptor utilizando cálculos DFT al nivel B3LYP/6-31G. El análisis químico cuántico de los tres diseños reveló que el anclaje de grupos funcionales (-NO y CH) en las moléculas de colorante no mostró impacto en las propiedades de transporte de carga. La introducción de un espaciador basado en benzoditiopeno mejoró la conjugación de los sensibilizadores de colorante, lo que mejoró las propiedades de transporte de electrones. Las propiedades de transporte de electrones mejoraron aún más cuando se unió una unidad aceptora externa a la molécula de colorante que contenía un espaciador. Se concluyó así que unir una unidad aceptora externa a la molécula de colorante donador que contenía un espaciador produjo resultados deseados para ambos colorantes.
Descripción
Recientemente, los colorantes reactivos han atraído mucha atención para aplicaciones en celdas solares sensibilizadas por colorante. Este estudio se esfuerza por diseñar sensibilizadores de colorante con una eficiencia mejorada para celdas fotovoltaicas mediante la modificación de los colorantes azul reactivo 5 (RB 5) y marrón reactivo 10 (RB 10). Se utilizaron tres estrategias diferentes para diseñar los sensibilizadores, y su eficiencia se comparó utilizando la teoría del funcional de la densidad (DFT). Se obtuvieron la geometría optimizada, los valores de la brecha de energía, la densidad de estados, el análisis de la superficie de potencial electrostático y los espectros de absorción FT-IR teóricos de los sensibilizadores. En la primera estrategia, se anclaron grupos funcionales (grupos donadores de electrones (CH), grupos retiradores de electrones (-NO)) a las moléculas de colorante, y se evaluó su efecto en las propiedades de transporte de carga utilizando el análisis DFT. Los dos últimos diseños se basaron en una estrategia donador--aceptor. El segundo diseño consistió en regiones donador-aceptor intramoleculares separadas por un espaciador basado en benzoditiopeno. En la tercera estrategia, se unió una unidad aceptora externa a las moléculas de colorante a través del espaciador basado en benzoditiopeno. Se estudiaron las fuerzas donadoras de electrones de los grupos donadores en los sistemas donador--aceptor utilizando cálculos DFT al nivel B3LYP/6-31G. El análisis químico cuántico de los tres diseños reveló que el anclaje de grupos funcionales (-NO y CH) en las moléculas de colorante no mostró impacto en las propiedades de transporte de carga. La introducción de un espaciador basado en benzoditiopeno mejoró la conjugación de los sensibilizadores de colorante, lo que mejoró las propiedades de transporte de electrones. Las propiedades de transporte de electrones mejoraron aún más cuando se unió una unidad aceptora externa a la molécula de colorante que contenía un espaciador. Se concluyó así que unir una unidad aceptora externa a la molécula de colorante donador que contenía un espaciador produjo resultados deseados para ambos colorantes.