Metallophthalocyanines in Dye sensitized solar cells

Abstract

Metalloftalosiyaninler (MPcs), Boyaya Duyarlı Güneş Pilleri (DSSC) uygulamasında hassaslaştırıcı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durumun temel nedeni, fotokimyasal kararlılık özelliğine sahip olması ve TiO2 film ile elektrolit arasındaki arayüzey adsorpsiyonu sayesinde elektron transfer mesafesini azaltıcı etkiye sahip olmasıdır. MPC'nin metal merkezleri ve sübstitüentleri amaca uygun olarak değiştirilerek istenilen özellikler elde edilebilir veya hedeflenen uygulamalardaki fonksiyonellikleri arttırılabilir. Bu nedenle bu çalışmada, metal sübstitüe ftalosiyaninler sentezlenerek bu bileşiklerin DSSC fonksiyonlarının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. DSSC alanındaki uygulanabilirliklerini belirlemek için elektrokimyasal ve spektroelektrokimyasal özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. Ek olarak, metal içermeyen ftalosiyanin (H2Pc), Ti, Zn, Co ve Si bazlı ftalosiyaninlerin performansı AM 1.5 ışıması altında DSSC'de iyi ışık-enerji dönüşüm verimliliğine sahip standart N719 boyası ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak Si bazlı DSSC'ler için güneş enerjisinden elektriğe dönüşüm verimleri %0,57 ve %0,75'tir. TiOPc(4), CoPc(5), ZnPc(6) ve H2Pc(7) sırasıyla %3,32, %1,02, %2,20, %2,92 ve %3,9 verim değerleri elde edilmiştir. CoPc(8), ZnPc(9), H2Pc(10) ve TiOPc(11) kompleksleri için bu verim değerleri %1,15, %3,01 %2,93 ve %3,97'ye ulaşmaktadır.

Metallophthalocyanines (MPcs) have the widely usage in the Dye Sensitized Solar Cells (DSSC) application as sensitizers. The main reason of this situation is having the photochemical stability property and the decreasing effect of electron transfer distance thanks to the interface adsorption between TiO2 film and electrolyte. By changing the metal centers and substituents of MPcs in accordance with the purpose, desired properties can be obtained or their functionality in targeted applications can be increased. Therefore, in this study, it was aimed to improve the DSSC functions of these compounds by synthesizing metal substituted phthalocyanines. In order to determine their applicability in the field of DSSC, their electrochemical and spectroelectrochemical properties have been studied in detail. In addition, the results of the metal-free phthalocyanine (H2Pc), Zn, Ti, Co and Si based phthalocyanines have been compared with the standard N719 dye which has the good light to energy conversion efficiency in DSSC under AM 1.5 irradiation. As a result for Si based DSSCs, solar energy-to-electricity conversion efficiencies of 0.57% and 0.75%. TiOPc(4), CoPc(5), ZnPc(6) and H2Pc(7) have the solar energy-to-electricity conversion efficiencies 3.32%, 1.02%, 2.20%, 2.92% and 3.9% respectively. For the CoPc(8), ZnPc(9), H2Pc(10) and TiOPc(11) complexes this effiency values reach 1.15%, 3.01% 2.93% and 3.97%.