26 September 2017 - سه شنبه 4 مهر 1396
جستجوی مقالات
کلید واژگان
جستجوی پیشرفته
شناسنامه ی نشریه
صاحب امتیاز:
موسسه پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش
مدیر مسئول:
پروفسور زهرا رنجبر
سردبیر:
دکتر شهره روحانی
مدیر اجرایی:
دکتر مریم عطائی فرد
شاپا چاپی:
2251-7278
شاپا الکترونیکی:
2383-2223
دسترسی سریع
آخرین شماره ها
نظر سنجی
نظر شما در مورد سایت نشریه دنیای رنگ چیست؟
مطلوب
نسبتا مطلوب
نیاز به بهسازی دارد
ضعیف

مروری بر اثرات گروه‌های مختلف الکترون‌گیرنده مواد رنگزا بر روی ویژگی‌های اپتیک و الکترونیک سلول‌های خورشیدی

نشریه: سال ششم- شماره دوم- تابستان 1395 - مقاله 3   صفحات :  3 تا 18



کد مقاله:
JSCW-09-11-2015-10240

مولفین:
م‍ژگان حسین نژاد: موسسه پژوهشي علوم و فناوري رنگ و پوشش - گروه پژوهشي مواد رنگزاي آلي
کمال الدین قرنجیگ: موسسه پژوهشي علوم و فناوري رنگ و پوشش - گروه پژوهشي مواد رنگزای آلی


چکیده مقاله:



مواد رنگزا با قابلیت استفاده در سلول‌های خورشیدی نیاز به یک و یا بیشتر استخلاف الکترون‌گیرنده دارند تا بتوانند بر روی ساختار اکسید فلزی جذب شوند. این اتصال سبب تزریق الکترون به ساختار اکسید فلزی شده که اولین مرحله در فرآیند تولید جریان الکتریکی در سلول خورشیدی است. برای طراحی یک مولکول با بازده تبدیل بالا، آگاهی کامل از طبیعت گروه‌های الکترون‌گیرنده دارای اهمیت به‌سزایی است. اسید کربوکسیلیک و سیانو آکریلیک اسید دو استخلاف الکترون‌گیرنده مرسوم در مواد رنگزا با قابلیت استفاده در سلول خورشیدی هستند. اما در سال‌های اخیر گروه‌های الکترون‌گیرنده جدیدی معرفی شده‌اند که سبب ایجاد تنوع در تهیه مواد رنگزای مناسب برای سلول‌های خورشیدی شده‌اند که اثرات جالبی در فصل مشترک ماده رنگزا و اکسید فلزی ایجاد می‌کنند. این مقاله بر روی ابعاد ساختاری و خواص کاربردی گروه‌های الکترون‌گیرنده مختلف مانند برونیک اسید، فسفونیک اسید، هیدروکسی، رودانین و غيره متمرکز شده است. ما پیش‌بینی می‌کنیم که درک بیشتر عملکرد گروه‌های الکترون‌گیرنده بر روی سطوح اکسید فلزی مانند دی‌اکسید تیتانیم نه تنها سبب پیشرفت سلول‌های خورشیدی حساس‌شده به مواد رنگزا می‌گردد بلکه بر گسترش تمام فناوری‌های تک‌لایه مونتاژ شونده موثر است.


Article's English abstract:

The dyes in dye-sensitized solar cells (DSSCs) require one or more anchoring substituents, enabling their adsorption onto a metal oxide substrate. This adsorption provides a via for electron injection, which is the process that initiates the electrical circuit in DSSCs. To design a high efficiency dye, the deeper understanding of the nature of anchoring substituents is of significance. Carboxylic acid and cyanoacrylic acid groups are traditional substituents as dye anchors in DSSCs. In recent years, novel anchoring groups have presented, which make a larger number of dyes for DSSCs, and their associated physical and chemical characteristics offer interesting effects at the interface between dye and metal oxide. This paper focuses especially on the structural aspects of various anchoring groups on dyes for DSSCs, including tetracyanate, acetylacetanate, 8-hydroxylquinoline, rhodanine and etc. We anticipate that further understanding of anchoring groups operation will not only contribute to the development of advanced DSSCs, but also self-assembled monolayer-based technology.


کلید واژگان:
سلول خورشیدی حساس‌شده به مواد رنگزا، گروه‌های الکترون‌گیرنده، تزریق الکترون، جذب، مواد رنگزا.

English Keywords:
Dye-sensitized solar cells, Anchoring groups, Electron injection, Adsorption, Organic dyes.

منابع:

English References:
1. B. Oregan, M. Gratzel, "A low coast, high efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal solar films", Nature, 353, 737-740, 1991. 2. M. Gratzel, "Photoelectrochemical cells", Nature, 414, 338-344, 2001. 3. J. B. Baxter, C. Richter, C. A. Schmuttenmaer, "Ultra-fast carrier dynamics in nanostructures for solar fuels", Annu. Rev. Phys. Chem., 67, 423-447, 2014. 4. G. Paramagura, R. V. Solomon, S. Jagadeeswari, P. Venuvanalingam, "Effect of electron withdrawing anchoring groups on the optoelectronic properties of pyrene sensitizers and their interaction with TiO2: A combined experimental and theoretical approach", J. Photochem. Photobiol. A. Chem., 271, 31-44, 2013. 5. M. Hosseinnezhad, S. Moradian, K. Gharanjig, "The synthesis of two new dye based on thioindigo and investigation of their properties in dye-sensitized solar cells", Prog. Color Colorants Coat., 8, 309-315, 2015. 6. K. Kalyanasundaram, "Application of functionalized transition metal complexes in photonic and optoelectronic devices", Coord. Chem. Rev., 177, 347-414, 1998. 7. H. Zhang, B. He, Q. Tang, L. Yu, "Bifacial dye-sensitized solar cells from covalent-bonded polyaniline-multiwalled carbon nanotube complex counter", J. Power Source, 275, 489-497, 2015. 8. E. Galppini, "Linkers for anchoring sensitizers to semiconductor nanoparticles", Coord. Chem. Rev., 248, 1283-1297, 2004. 9. Y. Bai, L. Mora-Sero, F. DeAngelis, J. Bisquert, P. Wang, "Titanium dioxide nanomaterials for photovoltaic applications", Chem. Rev., 114, 10095-10130, 2014. 10. C. Perezleon, L. Kador, B. Peng, M. Thelakhat, “Characterization of the adsorption of Ru-Bpy dyes on mesoporous TiO2 films with UV-Vis, Raman and FTIR spectroscopies", J. Phys. Chem. B, 110, 8723-8730, 2006. 11. A. O. Patrocinio, E. B. Paniago, R. M. Panoago, N. Y. Iha, "Characterization of sensitized N-TiO2 thin films for dye-sensitized solar cells applications", Appl. Surf. Sci., 254, 1874-1879, 2008. 12. T. Marinado, D. P. Hagberg, M. Hedlund, T. Edvinsson, E. Johansson, G. Boschloo, H. Rensmo, T. Brinck, L. Sun, A. Hagfeldt, "Rhodanine dyes for dye-sensitized solar cells: spectroscopy, energy levels and photovoltaic performance", Phys. Chem. Chem. Phys., 11, 133-141, 2009. 13. F. Deangelis, "Modeling materials and processes in hybride/organic photovoltaics: from dye-sensitized to perovskite solar cells", Acc. Chem. Res., 47, 3349-3360, 2014. 14. Y. Ooyama, Y. Shimada, Y. Kagawa, Y. Yamada, I. Imae, K. Komaguchi, Y. Harima, "Synthesis of new donor-accepter ?-conjugated benzofuro [2, 3-c] oxazolo [4, 5-A] carbazole fluorescent dyes and their photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells", Tetrahedron Lett., 48, 9167-9170, 2007. 15. S. Haid, M. Marszalek, A. Mishra, M. Wielopolski, J. Teuscher, J. Moser, R.Humphry-Baker, S. M. Zakeeruddin, M. Gra?tzel, "Significant improvement of dye-sensitized solar cell performance by small structural modification in ?-conjugated donor-acceptor dyes", Adv. Funct. Mater., 22, 1291-1320, 2012. 16. T. Wu, M. Tsao, F. Chen, S. Su, C. Chang, H. Wang, Y. Lin, W. Yang, I. Sun, "Synthesis and characterization of organic dyes containing various donors and acceptors", Int. J. Mol. Sci., 11, 329-353, 2010. 17. A. Hagfeldt, G. Boschloo, L. Sun, L. Kloo, H.Pettersson, "Dye-sensitized solar cells", Chem. Rev., 110, 6595-6663, 2010. 18. G. Guerrero, J. G.Alauzun, M. Granier, D. Laurencin, P. H. Mutin, "Phosphonatecoupling molecules for the control of surface/interface properties and the synthesis of nanomaterials", Dalton Trans., 42, 12569-12585, 2013. 19. S. P. Pujari, L.Scheres, A. T. M. Marcelis, H. Zuilhof, "Covalent surface modification of oxide surfaces", Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 53, 6322-6356, 2014. 20. F. Ambrosio, N. Martsinovich, A. Troisi, "Effect of the anchoring group on electron injection: theoretical study of phosphonated dyes for dye-sensitized solar cells", J. Phys. Chem. C, 116, 2622?2629, 2012. 21. Y. Ooyama, S. Inoue, T. Nagano, K. Kushimoto, J. Ohshita, I. Imae, K. Komaguchi, Y. Harima, "Dye-Sensitized solar cells based on donor-acceptor ?-conjugated fluorescent dyes with a pyridine ringas an electron-withdrawing anchoring group", Angew. Chem., Int. Ed., 123, 7567-7571, 2011. 22. M. Zhang, H. Xie, X. Ju, L. Qin, Q. Yang, H. Zheng, X. Zhou, "D-D-?-A organic dyes containing 4, 4’-di (2-Thienyl) triphenylaminemoiety forefficient dye-sensitized solar cells", Phys. Chem. Chem. Phys., 15, 634-641, 2013. 23. Y. Ooyama, N. Yamaguchi, I. Imae, K. Komaguchi, J. Ohshita, Y. Harima, "Dye-sensitized solar cells based on D-?-A fluorescent dyeswith two pyridylgroups as an electron-withdrawing-injecting anchoring group", Chem. Commun., 49, 2548?2550, 2013. 24. J. Mao, D. Wang, S. H. Liu, Y. Hang, Y. Xu, Q. Zhang, W. Wu, P. T. Chou, J. Hua, "Dye-sensitized solar cells based on functionallyseparated D-?-A dyes with 2-cyanopyridine as an electron-accepting and anchoring group", Asian J. Org. Chem., 3, 153-160, 2014. 25. S. Ferrere, B. A. Gregg, "New perylenes for dye sensitization of TiO2", New J. Chem., 26, 1155-1160, 2002. 26. C. Zafer, M. Kus, G. Turkmen, H. Dincalp, S. Demic, B. Kuban, Y. Teoman, S. Icli, "New perylenederivative dyes for dye-sensitized solar cells", Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 91, 427-431, 2007. 27. C. Li, J. H.Yum, S. J. Moon, A. Herrmann, F. Eickemeyer,N. G. Pschirer, P. Erk, J. Schooneboom, K. Mu?llen, M. Gra?tzel, M. Nazeeruddin, "An improved perylene sensitizer for solar cell applications", Chem. Sus. Chem., 1, 615-618, 2008. 28. S. F.Li, X. C. Yang, M. Cheng, J. H. Zhao, Y. Wang, L. C. Sun, "Novel D???A type II organic sensitizers for dye sensitized solar cells", Tetrahedron Lett., 53, 3425-3428, 2012. 29. L. Wang, X. Yang, J. Zhao, F. Zhang, X. Wang, L. Sun, "Efficient organic sensitizers with pyridine-N-oxide as an anchor group for dye-sensitized solar cells", Chem. Sus. Chem., 7, 2640-2646, 2014. 30. L. Wang, X. Yang, S. Li, M. Cheng, L. Sun, "A new type of organic sensitizers with pyridine-N-oxide as the anchoring group for dye-sensitized solar cells", RSC Adv., 3, 13677-13680, 2013. 31. T. P. Brewster, S. J.Konezny, S. W. Sheehan, L. A. Martini, C. A.Schmuttenmaer, V. S. Batista, R. H. Crabtree, "Hydroxamate anchors for improved photoconversion in dye-sensitized solar cells", Inorg. Chem., 52, 6752-6764, 2013. 32. T. Michinobu, N. Satoh, J. Cai, Y. Li, L. Han, "Novel design of organic donor?acceptor dyes without carboxylic acid anchoring groups for dye-sensitized solar cells", J. Mater. Chem. C, 2, 3367-3372, 2014. 33. J. Mao, N. He, Z. Ning, Q. Zhang, F. Guo, L. Chen, W. Wu, J. Hua, H. Tian, "Stable dyes containing double acceptors without COOH as anchors for highly efficient dye-sensitized solar cells", Angew. Chem., Int. Ed., 51, 9873-9876, 2012. 34. D. Xiao, L. A. Martini, R. C. Snoeberger, R. H. Crabtree,V. S. Batista, "Inverse design and synthesis of acac-coumarinanchors for robust TiO2 sensitization", J. Am. Chem. Soc., 133, 9014-9022, 2011. 35. B. K. An, W. Hu, P. L. Burn, P. Meredith, "New type II catechol-thiophenesensitizers for dye-sensitized solar cells", J. Phys. Chem. C, 114, 17964-17974, 2010. 36. Y. Ooyama, T. Yamada, T. Fujita, Y. Harima, J. Ohshita, "Development of D???Cat fluorescent dyes with a catechol group for dye-sensitized solar cells based on dye-to-TiO2 charge transfer", J. Mater. Chem. A, 2, 8500-8511, 2014. 37. S. Altobello, C. Bignozzi, S. Caramori, G. Larramona, S. Quici, G. Marzanni, R. Lakhmiri, "Sensitization of TiO2 with ruthenium complexes containing boronicccidfunctions", J. Photochem. Photobiol. A Chem., 166, 91-98, 2004. 38. J. Cong, X. Yang, J. Liu, J. Zhao, Y. Hao, Y. Wang, L. Sun, "Nitro group as a new anchoring group for organic dyes in dye-sensitized solar cells", Chem. Commun., 48, 6663-6665, 2012. 39. J. Massin, L. Ducasse, T. Toupance, C. Olivier, "Tetrazole as a new anchoring group for the functionalization of TiO2 nanoparticles: A joint experimental and theoretical Study", J. Phys. Chem. C, 118, 10677-10685, 2014. 40. T. Horiuchi, H. Miura, S. Uchida, "Highly-efficient metal-free organic dyes for dye-sensitized solar cells", Chem. Commun., 3036-3037, 2003. 41. L. Zhang, J. M. Cole, "Anchoring groups for dye-sensitized solar cells", ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 3427-3455, 2015. 42. L. Zhang, J. M. Cole, P. G. Waddell, K. S. Low, X. Liu, "Relating electron donor and carboxylic acid anchoring substitution effects in azodyes to dye-sensitized solar cell performance", ACS Sustain. Chem. Eng., 1, 1440-1452, 2013. 43. K. Sodeyama, M. Sumita, C. Orourke, U. Terranova, A. Islam, L. Han, D. R. Bowler, Y. Tateyama, "Protonated carboxyl anchor for stable adsorption of Ru N749 dye (black dye) on a TiO2 anatase (101) surface", J. Phys. Chem. Lett., 3, 472-477, 2012. 44. M. Hosseinnezhad, S. Moradian, K. Gharanjig, "Novel organic dyes based on thioindigo for dye-sensitized solar cells", Dyes Pigment, 123, 147-153, 2015.



فایل مقاله
تعداد بازدید: 2308
تعداد دریافت فایل مقاله : 25