Evaluating the nature of the vertical excited states of fused-ring electron acceptors using TD-DFT and density-based charge transfer

文献情報

出版日 2021-06-28
DOI 10.1039/D1CP01917A
インパクトファクター 3.676
著者

Amjad Ali, Muhammad Imran Rafiq, Baojing Zhou, Weihua Tang


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要旨

Acceptor–donor–acceptor structured fused-ring electron acceptors (FREAs) are the most efficient electron acceptors used in organic solar cells. We use density functional theory (DFT), its time-dependent version (TD-DFT), and an intra-molecular charge transfer index to evaluate the nature of the excited states of FREAs. Typically, several efficient electronic transitions contribute to the absorption spectra of FREAs. An investigation of every efficient electronic transition of each FREA is performed based on the electronic density variation in the donor and acceptor moieties of the molecules upon absorbing solar photons. Not all these transitions are equivalent for light-to-electricity conversion. The first transition contributes the most to the absorption spectra. This transition is intense and extremely efficient for light-to-electricity conversion, giving a higher value of intra-molecular charge transfer. For certain effective transitions of FREAs, the phenyl rings in the donor unit behave as the electron-donating units, such as IDT-NTI-2EH, BTCN-M, and MeIC. The foremost finding of the present research work is that the furthermost strong electronic transitions are not essentially the most effective ones for the conversion of sunlight into electricity.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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