Optimizing the Energy Offset between Dye and Hole-Transporting Material in Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells

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作者
Christian T. Weisspfennig,Michael M. Lee,Joël Teuscher,Pablo Docampo,Samuel D. Stranks,Hannah J. Joyce,Hermann Bergmann,Ingmar Bruder,Dmitry V. Kondratuk,Michael B. Johnston,Henry J. Snaith,Laura M. Herz
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:117 (39): 19850-19858 被引量:19
标识
DOI:10.1021/jp405734f
摘要

The power-conversion efficiency of solid-state dye-sensitized solar cells can be optimized by reducing the energy offset between the highest occupied molecular orbital (HOMO) levels of dye and hole-transporting material (HTM) to minimize the loss-in-potential. Here, we report a study of three novel HTMs with HOMO levels slightly above and below the one of the commonly used HTM 2,2′,7,7′- tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamino)-9,9′-spirobifluorene (spiro-OMeTAD) to systematically explore this possibility. Using transient absorption spectroscopy and employing the ruthenium based dye Z907 as sensitizer, it is shown that, despite one new HTM showing a 100% hole-transfer yield, all devices based on the new HTMs performed worse than those incorporating spiro-OMeTAD. We further demonstrate that the design of the HTM has an additional impact on the electronic density of states present at the TiO2 electrode surface and hence influences not only hole- but also electron-transfer from the sensitizer. These results provide insight into the complex influence of the HTM on charge transfer and provide guidance for the molecular design of new materials.
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