چکیده
این کار اثر مستقیم انتخاب پذیرنده برای رنگ های آلی را بر روی دینامیک الکترون ها در مقیاس های زمانی سریع تر نشان می دهد، که در آن خواص تصویری-فیزیکی که در سطوح نیمه هادی با قطعات خاص پذیرنده وجود دارد، نادیده گرفته شده است. چهار رنگ برتر خانواده خانواده اندولین (D131، D102، D149 و D205) با اشتراک گذاشتن بخش اهداکننده مشترک ، اما از طریق گروه های مختلف پذیرنده، با پردازش تزریق الکترون، با استفاده از پروب اشعه مادون قرمز گذرای فوق سریع انتخاب و مقایسه می¬شوند. وجود مولکول رودانین در واحد پذیرنده در D102، D149 و D205، یک فرایند تزریق آهسته الکترون ، در مقیاس پیکوثانیه را در نوار شکاف نیمه هادی TiO2 نشان می دهد. انتظار می رود که این فرایند آهسته به دلیل انتقال بار مولکولی پیچ خورده / حالت ایزومریزه رنگ جذب شده قبل از تزریق الکترون باشد. این حالت ایزومریست نیز باعث کاهش سرعت فرایند بازترکیب الکترون می شود و در سلول های خورشیدی مبتنی بر این رنگ های ردانین منجر به بازدهی بالا میشود. جایگزینی مولکول رودانین توسط یک گروه سایانو اکریلیک در رنگ D131، تزریق سریعتر الکترون و فرایندهای بازترکیب را نشان می دهد، به علت لحظه قطبیت ضعیف در حالت تحریک، مانع شکل گیری حالت ایزومری می-شود. این یافته ها به منظور ارتقاء طراحی رنگ های آلی استفاده شده در سلول های خورشیدی حساس به رنگ کمک می کند که در آن فرایندهای تصویری فیزیکی بر روی سطوح نیمه هادی می تواند کارایی سلول های خورشیدی را افزایش دهد.
1. مقدمه
استراتژی فراگیر برای ساخت رنگ های آلی برای کاربردهای سلول خورشیدی، اتصال بخش های اهداکننده الکترون (D) را در حالت زمین، از طریق یک واحد لینکر به بخش تقسیم کننده (A) که الکترون- کمبود در حالت زمین، که به عنوان استراتژی کشش-فشار شناخته می شود [1-5]. پس از تحریک نور، یک فرآیند انتقال بار بین مولکولی (ICT) از بخش D به A القا می شود، جایی که الکترون بیشتر به باند هدایت (CB) نیمه هادی منتقل می شود [1،6،7] . برای جذب حداکثری نور خورشید، خواص نوری و الکترونیکی رنگ های استفاده شده بوسیله تغییر قسمت های D یا A و همچنین تغییر طول واحد لینکر رخ می دهد[8]. چندین واحد پذیرنده برای این منظور از جمله قطعات سایانواکریلیک و رودانین استفاده شده است [1،8]. این دو بخش به شدت در رنگ های مختلف آلی استفاده می شود [1،9]. هر یک از این بخش ها دارای دلایل(منافع و مضرات) خود هستند و بسته به شرایط کار دارد [10]. با این حال، تأثیر تنوع واحدهای پذیرنده عمدتا به تغییر پاسخ طیفی رنگ مورد استفاده و / یا نیروی موثر ترمودینامیکی بین LUMO رنگ تحریک شده و CB است که به نوبه خود متاثر از تراکم فوتوگرام و ولتاژ مدار باز مقادیر در سلول های خورشیدی است[1،9،11،12]. گزارش های بسیار کمی در مورد تغییرات پارامترهای جنبشی، بویژه تزریق الکترون و بازترکیب، به محض تغییر واحد های D یا A مورد بحث قرار گرفته است [6]. با این وجود، این مقاله نشان دهنده دینامیک تزریق الکترونی برای چهار رنگ با عملکرد خوب، بدون فلز و اندولین اما با چهار واحد پذیرنده شناخته شده به نامهای D131، D102، D149 و D205 است که واحد D را به اشتراک می گذارد (ساختار شیمیایی در شکل 1 را ببینید.) همانطور که در شکل 1 دیده می شود، D131 یک گروه سینوآکریلیک دارد، D102 دارای یک مولکول رودانین است، D149 دارای دو مولکول رودانین است و D205 دارای زنجیره اکتیل اضافی در بالای دو بخش ردانین است. سلول های خورشیدی مبتنی بر D131، D102 و D149 با استفاده از ZnO، کارایی بالایی را در بین رنگ های دیگر اندولین نشان داده اند که به حدود 5٪ می رسد [13]. در نانومواد TiO2، سلول خورشیدی مبتنی بر D131 دارای راندمان بالاتر (حدود 1/5 درصد)، نسبت به سایر بر اساس D149 و D102 است که بالاترین میزان جریان تولید شده را به علت اتصال قوی الکترونیک بین گروه سینوآکریلیک حمل می کند، که در آن LUMO مستقر شده و TiO2 روی سطح است [14-16]. با توسعه طراحی ساختاری، در شرایط مشابه زنجیرۀ طولانی Octyl در D205 در مقایسه با D149 و D102 با توجه به تاخیر فرایند بازترکیب الکترون منجر به بهبود بهره وری 7.1٪ می شود [17]. با کمک عامل ضد تجمع، کارایی حدود 9.5٪ و 9.0٪ بر روی نانوکریستالین-TiO2 می تواند به ترتیب توسط D205 و D149 به دست آید [18]. لازم به ذکر است که اولین پیشرفت رنگ های اندولین که جذب این رنگ ها می شود، توسط D149 به دست آمد که در آن مقدار بهره وری 8.2٪ می تواند به دست آید [19]. از اطلاعات فوق می توان دید که بهره وری بدون درک عمیق از دینامیک الکترونی مرتبط با ساختار رنگ قابل اندازه گیری است. بنابراین، رابطه بین ساختار بنیادی این رنگها با آروماتیک و دینامیک الکترون، عمدتا تزریق الکترون، قطعا دانش ما را به سمت ترکیب کردن رنگها بیشتر خواهدکرد. برای انجام این کار، جذب گذرا فوق العاده ای در محدوده میانی اشعه مادون قرمز (fs-IR) در این مطالعه مورد استفاده قرار می گیرد تا پویایی الکترون را در رنگ های جذب شده اندولین در CB TiO2 دنبال کند. پروب fsIR از قبل برای سیستم های مختلف برای مشاهده تزریق الکترون استفاده شده است [20-24]. جذب حالت گذرای الکترون به طور معمول از 3333 تا 111111 نانومتر با شکل بدون حالت خاص متغیر است [25]. اخیرا حساسیت fs-IR نسبت به الکترونهای تزریقی در CB در نیمه هادی ها به دلیل عدم جذب الکترونیک از سایر گونه ها مانند رنگ های آلی کاتیونی [26-28] بیشتر شده است. این مزیت منحصر به فرد از پروب MID-IN برای استفاده از فرایند تزریق الکترون برای چهار رنگ جذب شده روی TiO2، D131، D102، D149 و D205 استفاده می شود. دینامیک fs-IR نشان می دهد در اینجا تغییرات شدیدی در حرکت الکترون در طول تغییر قسمت پذیرنده برای رنگ مورد مطالعه وجود دارد.
این مقاله در نشریه الزویر منتشر شده و ترجمه آن با عنوان تزریق آهسته الکترون ها در سایت ای ترجمه به صورت رایگان قابل دانلود می باشد. جهت دانلود رایگان مقاله فارسی و انگلیسی روی عنوان فارسی (آبی رنگ) کلیک نمایید.
منبع:
The origin of slow electron injection rates for indoline dyes used in dyesensitized solar cells
