Dye-sensitized solar cells by molecular engineering of
phenoxazine - or phenothiazine - based sensitizers
In Etapa II (anul 2018) a Proiectului EngDSSC s-au sintetizat, caracterizat si testat in prototipuri DSSC trei noi cromofori multiancora pe baza de trifenilamina substituita cu fenotiazina sau fenoxazina. Structura cromoforilor, cat si a intermediarilor a fost confirmata prin metode spectrale, RMN si FTIR. Formarea complexului intramolecular cu transfer de sarcina (CTC) intre donor si acceptor, conditia esentiala pentru ca un cromofor sa fie utilizat in celule solare de tip DSSC, a fost evidentiata prin spectroscopie UV-Vis si de fluorescenta, toti cromoforii prezentand un solvatocromism negativ. De asemenea, s-a demonstrat stingerea fluorescentei in stare solida. Pe baza datelor de voltametrie ciclica s-au evaluat nivelele energetice HOMO si LUMO, iar acestea s-au comparat cu cea a cuplului redox I¯/I3¯ si cu banda de conductie a TiO2, ajungandu-se la concluzia ca toti cromoforii obtinuti indeplinesc conditiile pentru utilizare in prototipuri DSSC. Astfel, in aceasta etapa s-au construit celule cu noii cromofori pe baza de fenoxazina si fenotiazina, cromofori la care, spre deosebire de etapa anterioara, au fost atasate doua, trei sau patru ancore. De asemenea, s-a continuat realizarea de celule de tip DSSC cu cromoforii mono- si bi-ancora din prima etapa (TFA-FOX, TFA-FTH si biTFA-FOX), cu scopul de a creste eficienta acestor celule. Pentru fabricarea celulelor s-au folosit combinatii de solventi de functionalizare, electroliti cu concentratii diferite de anioni de iod si s-a modulat concentratia de anioni de iod prin modificarea grosimii garniturii de polimer intre anodul si catodul celulei. Performantele electrice ale celulelor obtinute pe de o parte cu cromoforii raportati in aceasta etapa (biTFA-FTH, triTFA-FOX si tetraTFA-FOX) si pe de alta parte cu cei raportati in etapa anterioara (TFA-FOX, TFA-FTH si biTFA-FOX) au fost evaluate prin determinarea caracteristicilor electrice, curentilor de intuneric, spectroscopie de impedanta si masuratori de eficienta cuantica. Rezultatele obtinute au evidentiat faptul ca, in general, combinatiile de solventi nu dau rezultate mai bune in comparatie cu cele obtinute prin folosirea unui singur solvent. In limita experimentelor realizate de noi, ambii cromofori cu doua ancore nu au oferit o eficienta mai mare de 2,5%. Aceasta afirmatie este valabila si pentru cromoforul pe baza de fenoxazina cu patru ancore. In cazul cromoforului pe baza de fenoxazina cu trei ancore, s-a obtinut o eficienta de aproape 3.6%. Cele mai bune eficiente s-au obtinut cu cromoforii monoancora, cel mai eficient fiind cel pe baza de fenotiazina, cu care s-a atins o eficienta de 4,21%. Pe langa alti factori de degradare a performantelor, in aceasta faza s-a pus in evidenta faptul ca electrolitul cu o concentratie mai mare de ioni de iod favorizeaza procesele de recombinare cu electrolitul in celulele realizate cu toti cromoforii pe baza de fenoxazina. In cazul celulelor realizate cu cromofori monoancora pe baza de fenotiazina, electrolitul cu o concentratie mai mare de ioni s-a dovedit a fi mai favorabil. Aceste diferente intre cei doi cromofori au fost puse in evidenta prin masuratori de curent de intuneric, care s-a dovedit a fi mult mai mare in cazul cromoforilor pe baza de fenoxazina. Pe langa acestea, un factor fundamental care favorizeaza acest fenomen este regenerarea celor doi cromofori, care, asa cum se arata in raport, este de aproape trei ori mai rapida in cazul cromoforului pe baza de fenotiazina. Acest lucru se datoreaza prezentei heteroatomilor de oxigen, in cazul fenoxazinei, si, respectiv, sulf, in cazul fenotiazinei, care, in esenta, produc configuratii energetice diferite pentru cele doua tipuri de cromofori. In cazul cromoforului cu fenotiazina, aceasta configuratie este mai favorabila regenerarii cromoforului dupa transferul electronului in filmul de TiO2.
O parte din rezultatele obtinute in cadrul Etapei II au fost diseminate sub forma unei lucrari stiintifice publicata intr-o revista cotata ISI (FI = 2,238), a unei lucrari trimise la publicat intr-o revista cotata ISI, iar o alta parte au fost diseminate sub forma a 3 prezentari orale la o manifestari stiintifica interntionala. De asemenea, unele rezultate au constituit subiectul unei cereri de brevet depusa la OSIM.