Targeted and selective HOMO energy control by fine regulation of molecular planarity and its effect on the interfacial charge transfer process in dye-sensitized solar cells

文献情報

出版日 2019-02-20
DOI 10.1039/C9CP00091G
インパクトファクター 3.676
著者

Fengyu Zhang, Ran Wang, Yajun Wang, Xiaomin Zhang, Bo Liu


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要旨

In terms of the in-depth development of organic dyes, targeted and selective energy control is becoming a more and more important objective. Herein, four indoline sensitizers based on D–π–A–π–A construction were designed and synthesized with exactly the same donor and acceptor segments. Their molecular planarity was regulated by introducing various side chains into donor bridges. Interestingly, along with an improvement of planarity at a donor bridge, the HOMO levels of the dyes lift gradually, and more importantly, their LUMO levels remain at around the same value. Besides, better molecular planarity is obviously preferred to obtain higher charge injection efficiency but, an overly planar molecule may cause an overly high HOMO level, leading to poor dye regeneration efficiency. Furthermore, an appropriate side chain also restrains charge recombination to some extent, while an overly large side chain gives more chance for I3− to recombine with charge in the conduction band. Accordingly, our results demonstrated that regulation of planarity at a donor bridge not only provides targeted and selective control of the HOMO of the dye, but also enable fine adjustment with multiple interfacial charge transfer processes. Molecular planarity deserves to play an important role in the design of organic dyes, providing a significant strategy for the further development of organic sensitizers.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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