Screening novel candidates of ZL003-based organic dyes for dye-sensitized solar cells by modifying auxiliary electron acceptors: A theoretical study

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作者
Caibin Zhao,Zhenjia Zhang,Xingwen Ran,Tianlei Zhang,Xiaohu Yu,Lingxia Jin
出处
期刊:Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy [Elsevier]
卷期号:310: 123880-123880 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.saa.2024.123880
摘要

In this work, a series of ZL003-based free-metal sensitizers with the donor-acceptor-π- conjugated spacer-acceptor (D-A-π-A) structure were designed by modifying auxiliary electron acceptors for the potential application in dye-sensitized solar cells. The energy levels of frontier molecular orbitals, absorption spectra, electronic transition, and photovoltaic parameters for all studied dyes were systematically evaluated using density functional theory (DFT)/time-dependent DFT calculations. Results illustrated that thienopyrazine (TPZ), selenadiazolopyridine (SDP), and thiadiazolopyridine (TDP) are excellent electron acceptors, and dye sensitizers functionalized by these acceptors have smaller HOMO-LUMO gaps, obviously red-shifted absorption bands and stronger light harvesting. The present study revealed that the photoelectric conversion efficiency (PCE) of ZL003 is around 13.42 % with a JSC of 20.21 mA·cm−2, VOC of 966 mV and FF of 0.688 under the AM 1.5G sun exposure, in good agreement with its experimental value (PCE = 13.6 ± 0.2 %, JSC = 20.73 ± 0.20 mA·cm−2, VOC = 956 ± 5 mV, and FF = 0.685 ± 0.005.). With the same procedure, the PCE values for M4, M6, and M7 were estimated to be as high as 19.93 %, 15.38 %, and 15.80 % respectively. Hence, these three dyes are expected to be highly efficient organic sensitizers applied in practical DSSCs.
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