Iodine binding with thiophene and furan based dyes for DSCs

文献情報

出版日 2018-06-11
DOI 10.1039/C8CP03065K
インパクトファクター 3.676
著者

Alexandra Baumann, Hammad Cheema, Md Abdus Sabuj, Louis E. McNamara, Yanbing Zhang, Adithya Peddapuram, Suong T. Nguyen, Davita L. Watkins, Nathan I. Hammer, Neeraj Rai, Jared H. Delcamp


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要旨

Iodine binding to thiophene rings in dyes for dye-sensitized solar cells (DSCs) has been hypothesized to be performance degrading in a number of literature cases. Binding of iodine to dyes near the semiconductor surface can promote undesirable electron transfers and lower the overall efficiency of devices. Six thiophene or furan containing dye analogs were synthesized to analyze iodine binding to the dyes via Raman spectroscopy, UV-Vis studies, device performance metrics and density functional theory (DFT) based computations. Evidence suggests I2 binds thiophene-based dyes stronger than furan-based dyes. This leads to higher DSC device currents and voltages from furan analogues, and longer electron lifetimes in DSC devices using furan based dyes. Raman spectrum of the TiO2 surface-bound dyes reveals additional and more instense peaks for thiophene dyes in the presence of I2 relative to no I2. Additionally, broader and shifted UV-Vis peaks are observed for thiophene dyes in the presence of I2 on TiO2 films suggesting significant interaction between the dye molecules and I2. These observations are also supported by DFT and TD-DFT calculations which indicate the absence of a key geometric energy minimum in the dye–I2 ground state for furan dyes which are readily observed for the thiophene based analogues.

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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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