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Fluorenyl Indoline as an Efficient Electron Donor for Concerted Companion Dyes: Enhanced Light-Harvesting and Photocurrent
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-10-12 , DOI: 10.1021/acsami.1c12448 Yingying Chen 1 , Yunyu Tang 2 , Jiazhi Zou 1 , Kaiwen Zeng 1 , Glib Baryshnikov 3 , Chengjie Li 1 , Yongshu Xie 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-10-12 , DOI: 10.1021/acsami.1c12448 Yingying Chen 1 , Yunyu Tang 2 , Jiazhi Zou 1 , Kaiwen Zeng 1 , Glib Baryshnikov 3 , Chengjie Li 1 , Yongshu Xie 1
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Concerted companion dyes (CC dyes) like XW61 have been demonstrated to be an effective platform for developing efficient DSSCs. However, the moderated phenothiazine-based electron donor in XW61 results in unsatisfactory Jsc. To address this problem, a stronger fluorenyl indoline-based electron donor has been used to construct porphyrin dye XW68 and organic dyes Y1–Y2. The stronger electron-donating character of the fluorenyl indoline unit leads to an enhanced Jsc value (20.48 mA·cm–2) for the individual dye XW68. On this basis, CC dyes XW69–XW70-C8 have been designed and synthesized by combining the frameworks of Y1 and Y2 with XW68. The complementary absorption characters of the porphyrin and the organic dye moieties lead to panchromatic absorption with a strong light-harvesting capability from 350 to 700 nm and the onset wavelength extended to ca. 840 nm in the IPCE curves. As a result, excellent Jsc values have been achieved (>22 mA·cm–2). In addition to the advantages of high Jsc, bulky octyl groups have been introduced into the donor of XW70-C8 to reduce dye aggregation and suppress charge recombination. Finally, a highest PCE of 11.1% with a satisfactory Jsc (22.25 mA·cm–2) and an enhanced Voc (750 mV) has been achieved upon coadsorption of XW70-C8 with CDCA. In addition, the CC dye XW70-C8-based solar cells exhibit excellent long-term photostability. These results provide an effective method for rationally improving the photovoltaic behavior, especially the Jsc of CC dyes, by introducing strong electron donor moieties with suitable substituents.
中文翻译：
芴基二氢吲哚作为协同伴随染料的高效电子供体：增强的光捕获和光电流
已证明XW61等协同伴生染料 (CC 染料) 是开发高效DSSC的有效平台。然而，XW61 中基于吩噻嗪的缓和电子供体导致不令人满意的J sc。为了解决这个问题，一种更强的芴基二氢吲哚基电子供体已被用于构建卟啉染料XW68和有机染料Y1 – Y2。芴基二氢吲哚单元更强的给电子特性导致单个染料XW68 的J sc值提高（20.48 mA·cm –2）。在此基础上，CC染料XW69-XW70-C8通过将Y1和Y2的框架与XW68相结合来设计和合成。卟啉和有机染料部分的互补吸收特性导致全色吸收，在 350 到 700 nm 范围内具有很强的光捕获能力，起始波长扩展到大约 IPCE 曲线中的 840 nm。结果，获得了出色的J sc值 (>22 mA·cm –2 )。除了具有高J sc的优点外，XW70-C8的供体中还引入了庞大的辛基，以减少染料聚集并抑制电荷复合。最后，11.1% 的最高 PCE 和令人满意的J在XW70-C8与 CDCA 的共吸附后，已实现sc (22.25 mA·cm –2 ) 和增强的V oc (750 mV) 。此外，基于CC染料XW70-C8的太阳能电池表现出优异的长期光稳定性。这些结果为通过引入具有合适取代基的强电子供体部分来合理改善光伏行为，尤其是CC 染料的J sc提供了一种有效的方法。
更新日期：2021-10-27
中文翻译：
芴基二氢吲哚作为协同伴随染料的高效电子供体：增强的光捕获和光电流
已证明XW61等协同伴生染料 (CC 染料) 是开发高效DSSC的有效平台。然而，XW61 中基于吩噻嗪的缓和电子供体导致不令人满意的J sc。为了解决这个问题，一种更强的芴基二氢吲哚基电子供体已被用于构建卟啉染料XW68和有机染料Y1 – Y2。芴基二氢吲哚单元更强的给电子特性导致单个染料XW68 的J sc值提高（20.48 mA·cm –2）。在此基础上，CC染料XW69-XW70-C8通过将Y1和Y2的框架与XW68相结合来设计和合成。卟啉和有机染料部分的互补吸收特性导致全色吸收，在 350 到 700 nm 范围内具有很强的光捕获能力，起始波长扩展到大约 IPCE 曲线中的 840 nm。结果，获得了出色的J sc值 (>22 mA·cm –2 )。除了具有高J sc的优点外，XW70-C8的供体中还引入了庞大的辛基，以减少染料聚集并抑制电荷复合。最后，11.1% 的最高 PCE 和令人满意的J在XW70-C8与 CDCA 的共吸附后，已实现sc (22.25 mA·cm –2 ) 和增强的V oc (750 mV) 。此外，基于CC染料XW70-C8的太阳能电池表现出优异的长期光稳定性。这些结果为通过引入具有合适取代基的强电子供体部分来合理改善光伏行为，尤其是CC 染料的J sc提供了一种有效的方法。
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