Perileno anulado con N como donante eficiente de electrones para tintes a base de porfirina: mayor capacidad de recolección de luz y células solares sensibilizadas con tintes a base de CoII/III de alta eficiencia

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Energía renovable Energía renovable.
• La energía fotovoltaica es fotovoltaica.

Sus antecedentes:

• Los tintes de porfirina son prometedores para las células solares sensibilizadas al tinte (DSC).
• Mejorar la capacidad de recolección de luz sigue siendo un desafío clave para los DSC basados en porfirina.
• El perileno anulado N (NP) ofrece potencial para mejorar las propiedades del tinte.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar nuevos tintes de porfirina "push-pull" funcionalizados con perileno anulado N (NP).
• Investigar el impacto de la sustitución y la fusión de NP en la absorción de colorantes y el rendimiento fotovoltaico en DSCs.
• Aclarar las relaciones estructura-propiedad que rigen la transferencia de electrones y la recombinación de cargas.

Principales métodos:

• Síntesis de cuatro tintes de porfirina sustituidos por NP y fundidos.
• Fabricación y caracterización de los dispositivos DSC basados en cobalto ((II/III).
• Mediciones ópticas y electroquímicas.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT).

Principales resultados:

• Los tintes WW-5 y WW-6, con un espaciador de etileno, exhibieron absorción pantocromática que se extiende a la región NIR, con desplazamientos al rojo de 90 nm y 60 nm, respectivamente.
• Estos tintes lograron eficiencias de conversión de alta potencia (PCE) de 10.3% y 10.5%, comparables con el punto de referencia YD2-o-C8.
• La adhesión directa a NP (WW-3) dio lugar a una PCE moderada (5,6%) debido a una ineficiente conjugación π; la fusión NP (WW-4) mostró un peor rendimiento.
• Los cálculos de DFT y las mediciones físicas correlacionaron la alineación del nivel de energía, los perfiles orbitales moleculares y la agregación de colorantes con el rendimiento.

Conclusiones:

• La incorporación de unidades NP con espaciadores de etileno mejora efectivamente la recolección de luz y la PCE en DSC basadas en porfirina.
• El diseño molecular, incluidas las vías de conjugación y la afinación del nivel de energía, es crucial para optimizar el rendimiento de DSC.
• Comprender la cinética y la agregación interfaciales es vital para avanzar en el desarrollo de tintes de porfirina para la conversión de energía solar.