Estudo sobre a estrutura eletrônica de ftalocianinas metaladas para aplicação em células solares sensibilizadas por corante

• Main Author: Gomes, Weverson Rodrigues
• Other Authors: Machado, Antonio Eduardo da Hora
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Uberlândia 2016
• Subjects: DFT; Células solares sensibilizadas por corante; DSSC; Ftalocianinas; Células solares; Geração de energia fotovoltaica; Dye-sensitized solar cells; Phthalocyanine; Push-pull; CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
• Online Access: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17353

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais === The electronic properties of push-pull substituted, zinc(II) (ZnPc), aluminum(III) (AlPc), and ruthenium(II) (RuPc), metal-phthalocyanine derivatives, presenting two electron donating groups (diethylamine) and two electron withdrawing groups (carboxylic) was studied using the Density Functional Theory (DFT) with B3LYP exchange-correlation functional in the vacuum and under the presence of solvent (DMSO), aiming their application in dye-sensitized solar cells (DSSC). For the excited states, the time-dependent approach of DFT (TD-DFT) was applied. In the transition for the excited state it was evidenced a charge transfer from donor to acceptor groups which results in large electronic rearrangement inducing the bathochromism when adding DMSO (a polar solvent). This electronic transfer is directed to the acceptor groups (benzoic groups), mainly in RuPc molecule, which enables bigger probability in the electronic injection into the semiconductor s conduction band. HOMO s energy to the ZnPc and AlPc are sufficiently below the redox potential of the electrolyte and LUMO s energy, in all compounds, is above the conduction band of the oxide. Those push-pull molecules present panchromism, important for the application of these compounds in DSSC since they can absorb photons in a large range of energies. NBO analysis suggests that the ruthenium presents strong coordination with the nitrogen atoms of the macrocycle, which allows a larger participation of this metal in the electronic transition. The ionization energy and electron affinity were calculated aiming to quantify the energetic barrier in the electron gain / loss. === As propriedades eletrônicas de derivados de ftalocianinas metaladas push-pull de zinco(II) (FtZn), alumínio(III) (FtAl) e rutênio(II) (FtRu) apresentando dois grupos doadores de elétrons (N,N-dietilanilina) e dois grupos retiradores de elétrons (ácido benzóico), foram estudadas usando a teoria do funcional de densidade (DFT) com o funcional híbrido B3LYP na presença do solvente (DMSO) e no vácuo, visando sua aplicação em células solares sensibilizadas por corante (CSSC). Para a descrição dos estados excitados usou-se a extensão dependente do tempo da DFT (TD-DFT). Na transição para o estado excitado destes compostos há uma transferência de carga dos grupos doadores para os grupos aceptores, que resulta em rearranjo eletrônico induzindo o efeito batocrômico observado com a adição de DMSO. Essa transferência eletrônica está direcionada para o grupo aceptor (grupo benzóico), principalmente na FtRu, que possibilita uma maior probabilidade na injeção eletrônica na banda de condução do semicondutor. A energia do HOMO para a FtZn e FtAl estão suficientemente abaixo do potencial redox do eletrólito e o LUMO, em todos os compostos, está acima da banda de condução do TiO2. Essas moléculas push-pull apresentam pancromismo, importante para a aplicação destes compostos em CSSC uma vez que podem absorver fótons de diferentes energias. Análises NBO sugerem que o rutênio apresenta forte coordenação com os nitrogênios do macrociclo que possibilita grande participação deste metal nestas transições eletrônicas. As energias de ionização e eletroafinidades foram calculadas com o objetivo de quantificar a barreira energética no ganho/perda de um elétron. === Mestre em Química