Interactions of the N3 dye with the iodide redox shuttle: quantum chemical mechanistic studies of the dye regeneration in the dye-sensitized solar cell

文献情報

出版日 2011-07-20
DOI 10.1039/C1CP21168D
インパクトファクター 3.676
著者

Abu Md Asaduzzaman, Georg Schreckenbach


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要旨

The iodide/triiodide redox couple plays a unique role in the dye-sensitized solar cell (DSSC). It is a necessary and unique part of every highly efficient DSSC published to date; alternative redox couples do not perform nearly as well. Hence, a detailed molecular-level understanding of its function is desirable. A density-functional theory (DFT) study has been carried out on the kinetic and thermodynamic aspects of the dye regeneration mechanism involving the iodide/triiodide redox couple and the prototypical N3 dye in the DSSC. The intermediate complexes between the oxidized dye and iodide have been identified. These are outer-sphere complexes of the general formula [dye+⋯I−]. Solvent effects are seen to play a critical role in the thermodynamics, whereas relativistic spin–orbit effects are less important. Both the kinetic and thermodynamic data reveal that the formation of complexes between [dye+⋯I−] and I− is the rate limiting step for the overall dye regeneration process. The regeneration of the neutral dye proceeds with the liberation of I−2; processes involving atomic iodine or I− are inferior, both from thermodynamic and kinetic considerations. The overall dye regeneration reaction is an exothermic process.

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Physical Chemistry Chemical Physics

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