Novel Carbazole-Phenothiazine Dyads for Dye-Sensitized Solar Cells: A Combined Experimental and Theoretical Study
Source abstract
Abstract
We report a joint experimental and computational work on new organic donor-acceptor dye sensitizers in which a carbazole (CZ) and a phenothiazine (PTZ) units are linked together by an alkyl C6H13, while two different anchoring groups are employed: the cyanoacrylic acid (CS1A, CSORG1) and the rhodanine-3-acetic acid (CS4A, CSORG4). The CZ moiety has multiple roles of (i) acting as an extra-electron donor portion, providing more electron density on the PTZ; (ii) suppressing the back-electron transfer from TiO2 to the electrolyte by forming a compact insulating dye layer; (iii) modulating dye aggregation on the semiconductor surface; and (iv) acting as an antenna, collecting photons and, through long-range energy transfer, redirecting the captured energy to the dye sensitizer. We show that the introduction of the CZ donor remarkably enhances the photovoltaic performances of the rhodanine-based dye, compared to the corresponding simple PTZ dye, with more than a two-fold increase in the overall efficiencies, while it does not bring beneficial effects in the case of the cyanoacrylic-based sensitizer. Based on quantum mechanical calculations and experimental measurements, we show that, in addition to a favored long-range energy transfer, which increases the light absorption in the blue region of the spectrum, the presence of the CZ unit in the CSORG4 dye effectively induces a beneficial aggregation pattern on the semiconductor surface, yielding a broadened and red-shifted light absorption, accounting for the two-fold increase in the generated photocurrent.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: TiO2 Photocatalysis and Solar Cells · Advanced Photocatalysis Techniques · Perovskite Materials and Applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Computational Laboratory for Hybrid Organic Photovoltaics (CLHYO), Istituto CNR di Scienze e Tecnologie Molecolari, via Elce di Sotto 8, I-06123, Perugia, Italy
Network of Institutes for Solar Energy (CSIR-NISE), Inorganic & Physical Chemistry Division, CSIR—Indian Institute of Chemical Technology, Uppal Road, Tarnaka, Hyderabad -500607, India
Photovoltaic Materials Unit, National Institute for Materials Science, 1-2-1 Sengen, Tsukuba, Ibaraki 305-0047, Japan
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