مطالعه‏ی کوانتومی حساس‏کننده‏های ru (ii) مورد استفاده در سلول‏های خورشیدی حساس شده با رنگ

با توجه به مشکلاتی که سوخت‏های فسیلی ایجاد می‏کنند استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید الکتریسیته مورد توجه قرار گرفته است. یکی از روش‏هایی که می‏توان برای این منظور استفاده کرد، فناوری سلول خورشیدی رنگدانه ای است. در بین نسلول های مختلف سلول خورشیدی، سلول خورشیدی حساس شده با رنگ به دلیل هزینه ی تولید کم و بازدهی بالا ارجحیت دارد. برای افزایش بازدهی در این روش راه های مختلفی وجود دارد که یکی از آن ها انتخاب مولکول رنگ مناسب است. رنگ های سری ft که از مشتقات رنگ n749 به شمار می روند در مطالعه حاضر انتخاب شدند. ده مولکول رنگ در دو دسته ی مختلف طبقه بندی گردید. دسته ی اول با افزودن طول استخلاف جانبی متصل به لیگاند فنیل پیریمیدین و دسته ی دوم با اضافه کردن فلوئور به رنگ های دسته ی اول ایجاد گردید. اثر گروه الکترون کشنده و افزایش طول استخلاف دو پارامتر مورد توجه در این بررسی هستند. در انجام تحقیق از روش نظریه ی تابعی چگالی استفاده شده است تمامی محاسبات با نرم افزار تابعی چگالی آمستردام انجام گرفته و مجموعه پایه برای تمام اتم ها dz و تابعی استفاده شده b3lyp می باشد. طبق نتایج، افزودن الکترون کشنده به رنگ روی خواص ساختاری رنگ تغییری ایجاد نمی کند و از طرفی باعث پایداری رنگ می شود. با توجه به محل استقرار اوربیتال ها سطوح انرژی homo-3 و lumo+3 به جای homo و lumo در فرایندهای الکتروشیمیایی تأثیرگذار می باشند، به طوری که تغییرات شکاف بین آن ها ناچیز بوده و در برانگیختگی رنگ تأثیری ندارد. نکته جالب توجه آن است که افزودن اتم الکترون کشنده باعث کاهش اختلاف بین lumo+3 و نوار رسانش نیمه رسانا می شود. در حالی که هر چه اختلاف بین این دو بیشتر باشد انتقال الکترون از رنگ به نیمه رسانا بهتر انجام می شود. بنابراین رنگ های دسته ی اول در انتقال الکترون بهتر عمل می-کنند. در مرحله ی بازسازی رنگ افزودن اتم فلوئور باعث بهبود عملکرد رنگ می شود، چرا که فاصله ی بین homo-3 و انرژی اکسایش/ کاهش یدید/تری یدید با حضور اتم فلوئور در استخلاف افزایش می یابد. این در حالی است که مقایسه ی همه ی رنگ های مورد بررسی با n3 نشان دهنده ی عملکرد بهتر این رنگ ها در هر دو مرحله ی بازسازی و انتقال الکترون به نیمه رسانا می باشد.