Structural and Photophysical Studies of Triphenylamine-Based Organic Dyes for Applications in DSSCs: Experimental and DFT Analysis

化学 三苯胺 光化学 色素敏化染料 有机染料 纳米技术 化学工程 物理化学 电极 电解质 工程类 材料科学
作者
K. Periyasamy,P. Sakthivel,G. Venkatesh,P. Vennila,Y. Sheena Mary,Sheik Haseena
出处
期刊:Polycyclic Aromatic Compounds [Taylor & Francis]
卷期号:44 (8): 5314-5337 被引量:17
标识
DOI:10.1080/10406638.2023.2264450
摘要

AbstractIn order to study the connection between structure of the molecular and sensitizing performance in dye-sensitized solar cells, four new organic sensitizers with donor-pi spacer-acceptor structures were designed and synthesized. The structural characterization of all dye sensitizers was investigated using FT-IR, 13C and 1H NMR, CHN and UV–visible analyses. The electronic orbital transitions and optical properties were determined and discussed. (E)-2-cyano-3-(5-(3-(di-p-tolylamino)phenyl)furan-2-yl)acrylic acid (TPCA), (Z)-2-cyano-N′-((5-(3-(di-p-tolylamino)phenyl)furan-2-yl)acetohydrazide (TPCH), (E)-3-(5-(4-(bis(4-methoxyphenyl)amino)phenyl)furan-2-yl)-2-cyanoacrylic acid (MTPCA), and (Z)-N′-((5-(4-(bis(4-methoxyphenyl)amino)phenyl)furan-2-yl)methylene)-2-cyanoacetohydrazide exhibited band gaps (Egap) in the range from 1.51 to 1.78 eV with λabs in the range of 486–589 nm. The dyes' energy levels were investigated using the cyclic voltammetry technique and DFT calculations. To complement the comprehensive optical, electrochemical, and photovoltaic properties, density functional theory studies were conducted. Besides, important parameters such as open-circuit voltage, light harvesting efficiency, and band gap energy of the dye sensitizers were calculated and discussed. The theoretically calculated open-circuit voltage (Voc) values ranged from 1.28 to 2.04 eV, while the light-harvesting efficiency (LHE) values varied from 0.11 to 0.22. Indeed, this theoretical research could guide chemists to synthesize effective dyes for DSSCs.Keywords: Triphenylaminephotophysical propertiesnatural bond orbitalelectrochemical propertiesDFT calculations Disclosure statementNo potential conflict of interest was reported by the authors.
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