Visible, Far-Red, and Near-Infrared Active Unsymmetrical Squaraine Dyes Based on Extended Conjugation within the Polymethine Framework for Dye-Sensitized Solar Cells

色素敏化染料 光化学 化学 摩尔吸收率 接受者 电解质 能量转换效率 烷基 噻吩 吸收(声学) 材料科学 有机化学 光电子学 电极 物理化学 光学 复合材料 物理 凝聚态物理
作者
Amrita Singh,Ambarish Kumar Singh,Ruchi Dixit,Kumar Vanka,Kothandam Krishnamoorthy,Jayaraj Nithyanandhan
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (4): 1461-1475 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsaem.3c02610
摘要

Alkyl group wrapped visible, far-red, and NIR active unsymmetrical squaraine dyes with π-extension in the polymethine framework-based AM4-AM7 have been designed, synthesized, and utilized as sensitizers for dye-sensitized solar cells. To extend the π-conjugation within the polymethine framework, thiophene moieties have been incorporated between the donor and acceptor moieties. Absorption spectroscopic studies revealed that π-extension with each −C═C– unit resulted ∼100 nm of redshift in the charge transfer transition with the λmaximum of 541, 643, 747, and 833 nm for AM4, AM5, AM6, and AM7 dyes, respectively, with the molar extinction coefficient of >105 M–1cm–1. The π-extended conjugation-based AM6 and AM7 dyes showed improved light-harvesting efficiency (LHE), where the AM7 dye showed an LHE of 386 nm at 60%. Electrochemical studies of AM dyes revealed that the HOMO energy level of the sensitizers has been modulated systematically. Further, π-extension within the polymethine framework showed a dramatic effect on VOC, JSC, and device efficiency when move from visible active AM4 to far-red active to NIR active AM7 dyes. The DSSC efficiencies of 7.35, 5.18, 0.08, and 0.053% have been achieved with the I–/I3– electrolyte (Z-50) for the AM4, AM5, AM6, and AM7 dyes, respectively. Further, AM4 dye has been cosensitized with AM5, AM6, and AM7 dyes, where AM4:AM5 (1:1) composition achieved the maximum efficiency of 8.12% with I–/I3– electrolyte (Z-50) compared to the other cosensitization compositions.
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