Screening novel XY1b-based organic dyes by modifying electron-assisted acceptors for dye-sensitised solar cells: a theoretical analysis

密度泛函理论 能量转换效率 分子 电子转移 吸收光谱法 化学 电子受体 光电效应 光伏系统 电子 材料科学 光化学 光电子学 计算化学 光学 物理 有机化学 生物 量子力学 生态学
作者
Zhenjia Zhang,Caibin Zhao,Yuan Li,Xiaohu Yu,Tianlei Zhang,Lingxia Jin
出处
期刊:Molecular Physics [Taylor & Francis]
卷期号:122 (13) 被引量:1
标识
DOI:10.1080/00268976.2023.2301381
摘要

To screen efficient organic dyes, six novel XY1b-based molecules are designed by modifying electron-assisted acceptors, and their electronic structure, optical properties and photovoltaic performances are evaluated in detail with density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) calculations coupled with the incoherent charge transfer model. Results show that benzoselenadiazole (BSD) and diketopyrrolopyrrole (DPP) are two best electron-assisted acceptors and replacing benzothiadiazole (BTD) with the BSD/DPP unit can redshift the maximum absorption peak by 13/67 nm. According to our estimation, the overall photoelectric conversion efficiency (PCE) of XY1b is as high as 13.09% with a Jsc of 16.261 mA·cm−2, Voc of 1.047 V and FF of 0.769, in good agreement with its measured value of 11.8 ± 0.2% (Jsc = 15.26 ± 0.18 mA·cm−2, Voc = 1.01 ± 0.003 V and FF = 76.3 ± 0.2%), verifying that the scheme proposed by us is reliable. With the same procedure, the predicted PCE values for dyes 1, 2 and 5 reach up to 18.00%, 15.95% and 27.37% respectively, indicating that these three dyes are potential efficient sensitisers and are worthy of further study by experiments.
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