Application of New Nonequilibrium Solvation Theory in Electronic Spectra of Organic Dyes

doi:10.7503/cjcu20200805

Abstract

Abstract:

Dye sensitized solar cells（DSSCs） are the new-type photovoltaic devices with the advantages of low cost， easy manufacture and environmental friendliness. Solvation can improve the photoelectric conversion efficiency of DSSCs through changing the electronic structures and spectroscopic properties of organic dyes. The novel nonequilibrium solvation theory and the numerical solutions for calculating the electronic absorption and emission spectra in solution based on time-dependent density functional theory（TD-DFT） in the quantum chemistry software Q-Chem were summarized. Then， the electronic structures and spectral properties of orga-nic dyes TPA??CH=CH??CA（n=0—4） in gas phase and acetonitrile solvent were calculated by this method. It was found that the number of ??CH=CH?? in π-conjugated bridge and the solvent effects are able to improve the photoelectric conversion efficiency. This study will provide new ideas on the design of organic dye molecules in DSSCs.

Key words: Nonequilibrium solvation, Organic dye, Electronic spectrum, Dye sensitized solar cells（DSSCs）

CLC Number:

O641

TrendMD:

SU Yingli, REN Haisheng, LI Xiangyuan. Application of New Nonequilibrium Solvation Theory in Electronic Spectra of Organic Dyes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(7): 2254.

Figures/Tables 8

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n	Vacuum				Acetonitrile
n	μ₁（R₁）	μ₂（R₁）	μ₂（R₂）	μ₁（R₂）	μ₁（R₁）	μ₂（R₁）	μ₂（R₂）	μ₁（R₂）
0	3.021	5.895	3.329	5.740	4.312	7.439	7.115	7.026
1	3.015	5.859	3.288	5.624	4.256	7.450	7.325	7.256
2	3.277	6.596	3.979	6.357	4.611	8.643	8.783	9.192
3	3.458	7.015	4.508	7.093	4.824	9.332	10.359	11.180
4	3.598	7.260	4.926	7.767	4.959	9.652	12.076	13.307

n	Vacuum				Acetonitrile
n	μ₁（R₁）	μ₂（R₁）	μ₂（R₂）	μ₁（R₂）	μ₁（R₁）	μ₂（R₁）	μ₂（R₂）	μ₁（R₂）
0	3.021	5.895	3.329	5.740	4.312	7.439	7.115	7.026
1	3.015	5.859	3.288	5.624	4.256	7.450	7.325	7.256
2	3.277	6.596	3.979	6.357	4.611	8.643	8.783	9.192
3	3.458	7.015	4.508	7.093	4.824	9.332	10.359	11.180
4	3.598	7.260	4.926	7.767	4.959	9.652	12.076	13.307

n	Vacuum			Acetonitrile
n	hv_ab/eV	f	H→L	hv_ab/eV	f	H→L
0	3.55	0.8393	0.9286	3.27^*	0.9431	0.9388
1	3.26	1.4547	0.9213	3.06	1.5069	0.9266
2	3.12	1.9516	0.8905	2.90	1.9621	0.8936
3	3.01	2.4780	0.8583	2.81	2.4466	0.8535
4	2.91	2.9877	0.8293	2.73	2.9235	0.8171

n	Vacuum			Acetonitrile
n	hv_ab/eV	f	H→L	hv_ab/eV	f	H→L
0	3.55	0.8393	0.9286	3.27^*	0.9431	0.9388
1	3.26	1.4547	0.9213	3.06	1.5069	0.9266
2	3.12	1.9516	0.8905	2.90	1.9621	0.8936
3	3.01	2.4780	0.8583	2.81	2.4466	0.8535
4	2.91	2.9877	0.8293	2.73	2.9235	0.8171

n	Vacuum				Acetonitrile
n	hv_em/eV	f	L→H	Δλ/nm	hv_em/eV	f	L→H	Δλ/nm
0	2.94	0.8317	0.9435	72	2.26^*	1.2518	0.9444	169
1	2.87	1.4554	0.9480	52	2.17	1.8964	0.9479	166
2	2.68	2.0751	0.9522	65	1.87	2.4086	0.9563	237
3	2.51	2.6450	0.9534	82	1.61	2.8794	0.9622	327
4	2.37	3.1712	0.9513	98	1.40	3.3314	0.9640	434