การออกแบบเชิงโมเลกุลของสีย้อมอินทรีย์แบบ D-2 (pi-A) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง

Abstract

ได้มีการออกแบบโมเลกุลสีย้อมอินทรีย์แบบใหม่เพื่อประยุกต์ใช้เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง โดยการปรับโครงสร้างให้อนุพันธ์ Heteroanthracene เป็นหมู่ให้อิเล็กตรอน (Donor Group, D) ที่ประกอบด้วย 2 หมู่รับอิเล็กตรอน (di-pi (Conjugated-Acceptor, pi-A)) เรียกว่า D-2(pi-A) ได้ศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับสมบัติทางโครงสร้างไฟฟ้า และทางแสงของระบบ D-2(pi-A) นี้ ได้มีการปรับ
โครงสร้างที่สภาวะพื้นโดยใช้การคำนวณด้วยระเบียบวิธีทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นที่ระดับของทฤษฎี B3LYP/6-31G(d,p) และคำนวณสมบัติที่สภาวะกระตุ้นของระบบนี้โดยใช้การคำนวณด้วยระเบียบวิธีทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นที่ขึ้นกับเวลาที่ระดับของทฤษฎี CAM-B3LYP/6-31G(d,p) ได้มีการศึกษาผลกระทบในตัวทำละลายด้วย ผลจากการคำนวณเชิงทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าระบบ D-2(pi-A) ทั้งหมดสามารถใช้เป็นสีย้อมไวแสงได้โดยมีระดับพลังงาน HOMO และ LUMO ที่เหมาะสมกับระดับพลังงาน
ของแถบการนำของ TiO2 และศักย์ออกซิเดชันของ I–/I3– ผลเหล่านี้ยืนยันได้ว่าเกิดการส่งและรับประจุได้

A new series of metal-free organic dyes for dye-sensitized solar cell application was designed by considering the heteroanthracene dyes acting as an electron donor group (D) accompanied with di-pi (conjugated (pi)-acceptor (A)), namely
D-2(pi-A). The geometries, electronic properties, as well as optical properties of the D-2(pi-A) systems were theoretically investigated. The ground state structures were optimized using the density functional theory (DFT) method at the B3LYP/6-31G(d,p) level of theory. The excited state properties of the system were performed by the time-dependent DFT method at the CAM-3LYP/6-31G(d,p) level of theory. The solvent effect was taken into account. The calculated results show that all the D-2(pi-A) systems can be candidates as dye sensitizer while they possess HOMO and LUMO energy levels match to the energy level of conduction band of TiO2 and oxidation potential of I–/I3–. This is confirmed that spontaneous charge
transfer and charge regeneration would be occurred.