Combined experimental and theoretical investigation of the hemi-squaraine/TiO2 interface for dye sensitized solar cells

文献情報

出版日 2013-03-18
DOI 10.1039/C3CP50559F
インパクトファクター 3.676
著者

Giancarlo Cicero, Bruno Camino, Stefano Bianco, Anna Maria Ferrari, Barbara Ballarin, Claudia Barolo


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要旨

A simple hemi-squaraine dye (CT1) has been studied as a TiO2 sensitizer for application in dye sensitized solar cells (DSCs) by means of a combined experimental and theoretical investigation. This molecule is a prototype dye presenting an innovative anchoring group: the squaric acid moiety. Ab initio calculations based on Density Functional Theory (DFT) predict that this acid spontaneously deprotonates at the anatase (101) surface forming chemical bonds that are stronger than the ones formed by other linkers (e.g. cathecol and isonicotinic acid). Moreover an analysis of the electronic structure of the hybrid interface reveals the formation of a type II heterostructure ensuring adiabatic electron transfer from the molecule to the oxide. DSCs containing hemi-squaraine dyes were assembled, characterized and their performances compared to state of the art cells. Experimental results (large incident photon-to-electron conversion efficiency and an efficiency of 3.54%) confirmed the theoretical prediction that even a simple hemi-squaraine is an effective sensitizer for TiO2. Our study paves the way to the design of more efficient sensitizers based on a squaric acid linker and specifically engineered to absorb light in a larger part of the visible range.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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