DFT/TD-DFT study of novel Triphenylamine-based dyes with Azo Moieties and π-spacer variations for Enhanced Dye-Sensitized Solar Cell Performance

三苯胺 密度泛函理论 色素敏化染料 轨道能级差 激发态 材料科学 光化学 能量转换效率 含时密度泛函理论 光电子学 化学 计算化学 分子 物理化学 原子物理学 有机化学 电极 电解质 物理
作者
Jubaer Ahmod Shakil,Shassatha Paul Saikat,Niloy Bhattacharjee,Md. Rithoan Hossain,Mahafuz Hossen,Jahidul Islam,Mayeen Uddin Khandaker,Jamal Uddin,Faisal Islam Chowdhury
出处
期刊:Chemical physics impact [Elsevier BV]
卷期号:9: 100725-100725 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.chphi.2024.100725
摘要

This study involves a computational analysis of new D-π-A dyes obtained from triphenylamine (TPA), which contain various azo-dye components. The structural, molecular, electrical, and optical properties of these dyes were computed using Density Functional Theory (DFT) and Time-Dependent DFT, utilizing the B3LYP/6-31G model. Our research specifically aimed to investigate the effects of incorporating different azo dye constituents in the para position of two phenyl groups of TPA. The results indicate that these alterations lead to notably broadened and red-shifted absorption spectra, as well as improved optoelectronic properties that are subject to additional tuning through the manipulation of the π-spacer. The excitation energies and HOMO-LUMO energy levels that have been estimated indicate the presence of effective electron injection and dye regeneration mechanisms. The results concerning the nonlinear optical (NLO) properties suggest that these dyes are likely to demonstrate superior performance in NLO applications. The factors encompassed in this study consist of light-harvesting efficiency (LHE), open-circuit photovoltage (VOC), electron injection driving force (ΔGinj), dye regeneration driving force (ΔGreg), excited state lifetime (τ) and reorganization energy (λtotal), which has a strong correlation with the electrical current density in a short-circuit (JSC) and DSSC's overall effectiveness. This scientific attempt contributes to the systematic advancement of efficient dyes, demonstrating the possibility for enhanced efficiency in DSSCs. Further validation of computational forecasts and advancement of renewable energy technology necessitate future experimental synthesis and testing.
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