Simple diphenylamine based D–π–A type sensitizers/co-sensitizers for DSSCs: a comprehensive study on the impact of anchoring groups

文献情報

出版日 2019-04-26
DOI 10.1039/C9CP01032G
インパクトファクター 3.676
著者

Rajalakshmi Kesavan, Islam M. Abdellah, Surya Prakash Singh, Ahmed El-Shafei, Airody Vasudeva Adhikari


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要旨

Herein, we report the design, synthesis and characterization of a new series of simple donor–π spacer–acceptor/anchor (D–π–A) type diphenylamine based metal-free organic dyes possessing three different anchoring groups, viz. 4-aminobenzoic acid (DTP), 2-(4-nitrophenyl)acetonitrile (DTN), and barbituric acid (DTB), connected with 2-(thiophene-2-yl)-acetonitrile, as effective sensitizers and co-sensitizers in Dye Sensitized Solar Cells (DSSCs). They were subjected to photophysical, electrochemical and theoretical studies. The dyes exhibited characteristic λabs and λemi in the range of 445–485 and 545–570 nm, respectively. Both optical and electrochemical band gaps were found to be in the range of 2.2 to 2.35 eV. The driving forces for injection (ΔGinj), recombination (ΔGrec) and regeneration (ΔGreg) processes were evaluated to understand their feasibility. Finally, the DSSC devices were fabricated employing the new dyes as sensitizers as well as co-sensitizers along with the Ru(II) based N3 dye. Interestingly, DTP carrying 4-aminobenzoic acid as the anchoring group shows the best photoelectrochemical performance, viz. photovoltaic conversion efficiency (PCE) = 4.4%, open circuit potential (VOC) = 0.577 V, and short-circuit current density (JSC) = 9.06 mA cm−2 with a broad incident photon conversion efficiency (IPCE) spectrum. Co-sensitization of the dyes brought about enhanced VOC values, compared to the N3 dye alone. Finally, different interface resistance values obtained from the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) circuit fitting were used to study the fundamental processes of energy conversion.

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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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