In this article, we have designed and synthesized a novel donor-${\pi}$-acceptor (D-${\pi}$-A) type porphyrin-based sensitizer (denoted UI-5), in which a carboxyl anchoring group and a 9,9-dimethyl fluorene were introduced at the meso-positions of porphyrin ring via phenylethynyl and ethynyl bridging units, respectively. Long alkoxy chains in ortho-positions of the phenyls were supposed to reduce the degree of dye aggregation, which tends to affect electron injection yield in a photovoltaic cell. The cyclic voltammetry was employed to determine the band gap of UI-5 to be 1.41 eV based on the HOMO and LUMO energy levels, which were estimated by the onset oxidation and reduction potentials. The incident monochromatic photon-to-current conversion efficiency of the UI-5 DSSC assembled with double-layer (20 nm-sized $TiO_2$/400 nm-sized $TiO_2$) film electrodes appeared lower upon overall ranges of the excitation wavelengths, but exhibited a higher value over the NIR ranges (${\lambda}$ = 650-700 nm) compared to the common reference sensitizer N719. The UI-5-sensitized cell yielded a relatively poor device performance with an overall conversion efficiency of 0.74% with a short circuit photocurrent density of $3.05mA/cm^2$, an open circuit voltage of 0.54 mV and a fill factor of 0.44 under the standard global air mass (AM 1.5) solar conditions. However, our report about the synthesis and the photovoltaic characteristics of a porphyrin-based sensitizer in a D-${\pi}$-A structure demonstrated a significant complex relationship between the sensitizer structure and the cell performance.
Proceedings of the Korean Society of Dyers and Finishers Conference
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2010.03a
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pp.40-40
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2010
Studies on attractive color changing property of dye chromophore and fluorophore have been greatly enjoyed in the related industrial and research fields such as optoelectronics, chemosensor, biosensor and so on. The optical property based on D-$\Pi$-A intramolecular charge transfer (ICT) system of chromophore molecules can be utilized as suitable sensing probes for checking media polarity and determining colorimetric chemosensing effect, especially heavy metal detection. These finding are obtained by absorption and emission properties. In this work, donor-acceptor D-$\Pi$-A type fluorescent dyes were designed and synthesized with the corresponding donor and acceptor groups. The selected donor moieties might be provided prominent amorphous properties which are very useful in designing and synthesizing functional polymers and in fabricating devices. Another reasons to choose are commercial availabilities in high purity and low price. Donor-bridge-acceptor (D-A) type dyes can produce impressive optical-physical properties, yielding them potentially suitable for applications in the synthesis of small functional organic molecules. Small organic functional molecules have unique advantages, such as better solubility, amorphous character, and represent an area of research which needs to be explored and developed. Currently, their applications in metalorganic compounds is rapidly expanding and becoming widespread in self-assembly processes, photoluminescence applications, chiral organocatalysts, and ingrafts with nanomaterials. Colloidal nanoparticles have received great attentions in recent years. The photophysical properties of nanoparticles, particularly in terms of brightness, photostability, emission color purity and broad adsorption range, are very attractive functions in many applications. To our knowledge background, colloidal nanoparticles have been enjoyed their applications in bio-probe research fields. This research interest can be raised by the advantages of the materials such as high photoluminescence quantum yields, sharp emission band, long-term photostability and broad excitation spectra. In recent, the uses of nanoparticles being embedded in a polymer matrix and binded on polymer surface have been explored and their properties such as photo-activation and strong photoluminescence have been proposed. The prepared chromophores and nanoparticles were investigated with absorption and emission properties, solvatochromic behaviors, pH induced color switching effects, chemosensing effects and HOMO/LUMO energy potentials with computer simulation. In addition, synthesized fluorophore dyes and particles were applied onto PE/Aramid fiber fluorescing colorations. And the related details were then discussed.
Kim, Byung-Soon;Kim, Su-Ho;Matsumoto, Shinya;Son, Young-A
Proceedings of the Korean Society of Dyers and Finishers Conference
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2011.03a
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pp.63-63
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2011
The donor-${\pi}$-acceptor (D-${\pi}$-A) chromophoric dye system has received great attention in variety fields such as electroluminescent materials, sensors and optoelectronic devices. There are many research activities focused on the development for abovementioned application materials with the high-performance properties. In the previous work, we are reported that novel D-${\pi}$-A dye, 2-[4-(9H-carbazol-9-yl)benzylidene]-2,3-dihydroinden-1-one, is successfully attained and exhibited a positive fluorescence solvatochromism. In this work, the molecular structure and packing geometry of 2-[4-(9H-carbazol-9-yl)benzylidene]-2,3-dihydroinden-1-one was discussed by their conformational structure. Their single yellow prism crystal having approximate dimensions of $0.30{\times}0.10{\times}0.10$ mm was carried out with a Rigaku RAXIS RAPID imaging plate area detector with graphite monochromated $CuK_{\alpha}$ radiation. Their crystal structure were solved by using the CrystalStructure crystallographic software package.
Jung, Mi Ran;Lee, Jeong Gwan;Kim, Sang Ah;Kim, Jae Hong
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.05a
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pp.120.2-120.2
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2011
The improvement of solar energy-to-electricity conversion efficiency has continued to be an important research area of dye-sensitized solar cells (DSSCs). The mechanism of DSSCs is based on the injection of electrons from the photoexcited dye into the conduction band of nanocrystalline TiO2 or ZnO. Thus, the electronic structures, such as HOMO, LUMO, and HOMO-LUMO band gaps of dye moleculed in DSSC are deeply related to the electron transfer by photoexcitation and redox potential. Organic dyes, because of their many advantages, such as high molar extinction coefficients, convenience of customized molecular design for desired photophysical and photochemical properties, inexpensiveness with no transition metals contained, and environment-friendliness, are suitable as photosensitizers for DSSC. We believe that practically useful organic dye photosensitizers can be produced by exploiting electron donor/acceptor system with proper length of ${\pi}$-conjugation in a chromophore to control the absorption wavelength and enhance the photovoltaic performance. In this research, We designed and synthesized organic dyes also investigated the photoelectrochemical properties of a series of ionic dyes in DSSCs.
Density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) calculations have been employed to investigate the molecular structures and absorption spectra of three D-${\pi}$-A-type organic dyes (C1-1, D5 and TH208) containing identical ${\pi}$-spacers and electron acceptors, but different aromatic amine electron-donating groups (tetrahydroquinoline, triphenylamine and phenothiazine). The coplanar geometries indicate that the strong conjugation is formed in the dyes. The electronic structures suggest that the intramolecular charge transfer from the donor to the acceptor occurs, and the electron-donating ability of tetrahydroquinoline is stronger than those of triphenylamine and phenothiazine. The computed orbital energy levels of these dyes confirm that the electrons could be injected from the excited dyes to the semiconductor conduction band and the oxidized dyes could be reduced effectively by electrolyte. The TD-DFT results show that the CAM-B3LYP/6-31+G(d, p) is suitable for calculating the absorption spectra. The first absorption band for these dyes is assigned to the HOMO${\rightarrow}$LUMO and HOMO-1${\rightarrow}$LUMO transitions.
Heo, Dong Uk;Kim, Sun Jae;Yoo, Beom Jin;Kim, Boeun;Ko, Min Jae;Cho, Min Ju;Choi, Dong Hoon
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.34
no.4
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pp.1081-1088
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2013
Two new metal-free organic dyes bridged by anthracene-mediated ${\pi}$-conjugated moieties were successfully synthesized for use in a dye-sensitized solar cell (DSSC). A N,N-diphenylthiophen-2-amine unit in these dyes acts as an electron donor, while a (E)-2-cyano-3-(thiophen-2-yl)acrylic acid group acts as an electron acceptor and an anchoring group to the $TiO_2$ electrode. The photovoltaic properties of (E)-2-cyano-3-(5-((10-(5-(diphenylamino)thiophen-2-yl)anthracen-9-yl)ethynyl)thiophen-2-yl)acrylic acid (DPATAT) and (E)-2-cyano-3-(5'-((10-(5-(diphenylamino)thiophen-2-yl)anthracen-9-yl)ethynyl)-2,2'-bithiophen-5-yl)acrylic acid (DPATABT) were investigated to identify the effect of conjugation length between electron donor and acceptor on the DSSC performance. By introducing an anthracene moiety into the dye structure, together with a triple bond and thiophene moieties for fine-tuning of molecular configurations and for broadening the absorption spectra, the short-circuit photocurrent densities ($J_{sc}$), and open-circuit photovoltages ($V_{oc}$) of DSSCs were improved. The improvement of $J_{sc}$ in DSSC made of DPATABT might be attributed to much broader absorption spectrum and higher molecular extinction coefficient (${\varepsilon}$) in the visible wavelength range. The DPATABT-based DSSC showed the highest power conversion efficiency (PCE) of 3.34% (${\eta}_{max}$ = 3.70%) under AM 1.5 illumination ($100mWcm^{-2}$) in a photoactive area of $0.41cm^2$, with the $J_{sc}$ of $7.89mAcm^{-2}$, the $V_{oc}$ of 0.59 V, and the fill factor (FF) of 72%. In brief, the solar cell performance with DPATABT was found to be better than that of DPATAT-based DSSC.
Park, Soo-Youl;Shin, Seung-Rim;Shin, Joung-Il;An, Kyoung-Lyong;Lee, Sang-Oh;Jun, Kun
Proceedings of the Korean Society of Dyers and Finishers Conference
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2010.03a
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pp.49-50
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2010
The near-infrared absorbing donor-acceptor chromophores have been investigated by varying the electron donating and accepting molecular moiety. A series of near-infrared absorbing chromophores were offered narrow and intense absorption band in a various organic solvents. The dyes synthesised were, however, strongly bathochromic shift which extended well into the near-infrared region. The functional uses of dyes are vast in number, and it is convenient to classify them in some way. In all cases, it is the $\Pi$-chromophore that plays a major role in the functional application. "Light absorption" is of course the most commonly used property of a dye chromophore, and it can be employed directly, e.g. in light filters and optical data recording, or it can be used to drive further functional processes, e.g. fluorescence, photochromism, photosensitization.
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