México
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COMPUTATIONAL STUDY OF THE MOLECULAR DESIGN OF SOME NATURAL DYES AS SENSITIZERS FOR EFFICIENT DSSC
Autor
AANUOLUWAPO RAPHAEL OBASUYI
Resumen
II. RESUME
Se espera que el consumo mundial de energía se duplique para el año 2050. El uso
excesivo de combustibles fósiles, que es una fuente principal de generación de energía, ha
dado lugar a graves problemas ambientales como el calentamiento global. Existe una gran
necesidad para reemplazar los combustibles fósiles con fuentes de energía limpias,
renovables y sostenibles, como la energía solar. Las celdas solares sensibilizadas con
colorante (DSSC) son un tipo de celdas solares que han ganado considerable atención en las
últimas dos décadas. Sin embargo, sus eficiencias son aún más bajas que las celdas solares
tradicionales. Se han dedicado una cantidad considerable y creciente de investigaciones al
diseño y síntesis de nuevos materiales, como los sensibilizadores al colorante, como una ruta
para mejorar la eficiencia de conversión de la potencia en las DSSC. Este inconveniente
requiere la aplicación de nuevos métodos como el modelado computacional y el diseño
racional de nuevos materiales.
En esta investigación, los miembros seleccionados de las familias de antocianidina y
betalaína se estudiaron cuidadosamente y se compararon las propiedades de transferencia de
electrones de estas moléculas. Se ha demostrado con éxito que estas familias de tintes
muestran una alta eficiencia de conversión en dispositivos DSSC porque ambas moléculas
poseen la capacidad de transportar huecos. Teniendo en cuenta esta capacidad, sus
propiedades de inyección de electrones deben ser bien conocidas y algunos arreglos
moleculares son deseables para mejorar estas características.
Se llevó a cabo una investigación teórica utilizando la Teoría de Funcionales de la
Densidad con el nivel de teoría MN12SX / 6-311+G (d, p) que se decidió después de una
validación de cuatro funcionales diferentes, para calcular y comparar la inyección de
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electrones fotoinducida para miembros seleccionados de las familias antocianidina y
betalaína. Se calculó la constante de velocidad de inyección para ambas familias, y se verificó
que la regeneración en el tinte durante la operación de la DSSC es causada por una inyección
energética de electrones de los electrones emparejados en el tinte.
Se realizaron dos modificaciones de las estructuras moleculares de los colorantes
Aurantinidin y Betanidin y se calcularon las propiedades ópticas y eléctricas utilizando la
Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT) y DFT dependiente del tiempo (TD-DFT). La
modificación de las estructuras se realizó agregando u