การพัฒนาสีย้อมไวแสงสารอินทรีย์โครงสร้าง D-∏-A โดยใช้เทคนิคทางเคมีคำนวณควบคู่กับการทดลอง สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงประสิทธิภาพสูง

บทคัดย่อ

คณะผู้วิจัยได้ทำการสังเคราะห์สีย้อมไวแสงสารอินทรีย์ที่มีความสามารถในการดูดกลืนแสงสูง ซึ่งโครงสร้างประกอบไปด้วยหมู่ให้อิเล็กตรอนสองหมู่ หมู่เชื่อมต่อและหมู่ยึดจับ ได้ทำการพิสูจน์เอกลักษณ์โดยวิธีการทางการทดลองและทางทฤษฎี เพื่อนำสีย้อมไปประยุกต์ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง ผลการศึกษาพบว่าสีย้อม CCT3A หรือ (E)-3-(5-(3-(3,6-di-tert-butylcarbazol-N-yl)-N-dodecylcarbazol-6-yl)-2,2:5,2-terthiophen-5-yl)-2-cyanoacrylic acid แสดงค่าประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า (IPCE) สูงสุดที่ 81% ให้ค่าความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าลัดวงจร (Jsc) 11.46 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ค่าศักดิ์ไฟฟ้าเปิดวงจร (Voc) 0.70 โวลต์ และค่า fill factor (FF) 0.73 ส่งผลให้มีค่าประสิทธิภาพรวมของเซลล์แสงอาทิตย์เป็น 5.63% ภายใต้สภาวะความเข้มแสงที่ AM 1.5 G (ซึ่งประสิทธิภาพรวมที่วัดได้คิดเป็น 96% เมื่อเทียบกับสีย้อมมาตรฐาน N719) สมบัติทางโครงสร้าง ทางอิเล็กทรอนิกส์ และสภาวะกระตุ้นถูกทำการศึกษาด้วยวิธีทฤษฎีเด็นซิตี้ฟังก์ชันนัล (DFT) และฟังก์ชันที่ขึ้นกับเวลาของทฤษฎีเด็นซิตี้ฟังก์ชันนัล (TDDFT) พบว่าหมู่ที่ทำหน้าที่เป็นหมู่ให้อิเล็กตรอนสองหมู่ช่วยเพิ่มความสามารถในการให้อิเล็กตรอนได้ดีขึ้น นอกจากนั้นยังช่วยยับยั้งการเกิดการเกาะรวมตัวกันเองของโมเลกุลสีย้อม อีกทั้งยังช่วยป้องกันไม่ให้สารละลายอิเล็กโตรไลต์ไปรวมกันกับอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นไปยังสารกึ่งตัวนำ TiO2 ได้ ทำการคำนวณการดูดกลืนแสงยูวี-วิสิเบิล และสมบัติสภาวะกระตุ้นที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงเป็นแบบการถ่ายโอนประจุภายในโมเลกุลที่มีความเข้มสูง เนื่องจากมีระบบคอนจูเกชันที่ยาว ซึ่งจากการมีการถ่ายโอนประจุที่ดี มีการยับยั้งการเกาะรวมตัวกันเอง และมีความสามารถในการดูดกลืนแสงสูงนี้ อาจจะเป็นจุดเริ่มต้นของการมีประสิทธิภาพรวมของเซลล์ที่สูงได้

คำสำคัญ