اثر اندازه بر طیف اپتیکی نانومولکول‌های رنگدانه‌ای کومارین با استفاده از رهیافت های تابعی چگالی تنگابست وابسته به زمان و تابعی چگالی وابسته به زمان فوق سریع

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشگاه رگنزبورگ

چکیده

در سلول خورشیدی حساس شده با رنگدانه، مولکول رنگدانه نقش جذب نور را بر عهده دارد که نقشی کلیدی در عملکرد این سلول خورشیدی است. یکی از ویژگی هایی که بر طیف اپتیکی رنگدانه‌ها اثر می‌گذارد، اندازه‌ی نانو‌مولکول‌ها است. در این مقاله طیف اپتیکی نانو مولکول‌های خانواده‌ی کومارین با اندازه‌های مختلف با استفاده از دو روش تابعی چگالی تنگابست وابسته به زمان و نظریه‌ی تابعی چگالی وابسته به زمان محاسبه می‌شود. در این محاسبات افزایش اندازه رنگدانه با کاهش گاف هومو-لومو همراه است که تطابق خوبی با تجربه است. همچنین محاسبات ما سرعت 2 مرتبه‌ی بزرگی بیشتر روش اول نسبت به روش دوم را تائید می‌کند. در نهایت روش تابعی چگالی تنگابست وابسته به زمان برای شبیه‌سازی سلول خورشیدی حساس شده با رنگدانه ‌ی کومارین سیس Nkx-2311 شامل نیمرسانای اکسید روی را پیشنهاد می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Size effect on optical spectrum of coumarin nano molecule dyes via TD-DFTB and turbo-TDDFT approaches

نویسندگان [English]

  • Ismaeil Abdolhosseini Sarsari 1
  • Thomas Niehaus 2
چکیده [English]

In the dye sensitized solar cell, the dye molecules play the role of light absorption that is a key role in performance of the solar cells. One of the features that affect the optical spectrum of dyes is size of the nano molecules. In this paper, the optical spectrum of nano molecules of coumarin families was calculated with different sizes by using the Time-Dependent Density-Functional Tight-Binding and Time-Dependent Density-Functional methods. In this calculation, the HOMO-LUMO gap increases as the size of the dyes decreases in accordance with the experiment. Our computations confirm the 2 order of speed of first method compared to the second method. Finally, Time-Dependent Density-Functional Tight-Binding method proposed the S-cis Nkx-2311 with ZnO for the simulation of the dye sensitized solar cell.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dye sensitized solar cell
  • Time-Dependent Density-Functional Tight-Binding method
  • Time-Dependent Density-Functional method
  • Coumarin
 [1] M.B. Oviedo, X. Zarate, C.F.A. Negre, E. Schott, R. Arratia-Perez, C.N.G. Sanchez, Quantum Dynamical Simulations as a Tool for Predicting Photoinjection Mechanisms in Dye-Sensitized TiO 2 Solar Cells,  Journal of Physical Chemistry Letters 3 (2012) 2548-2555.

 

[2] D. Porezag, Th. Frauenheim, Th. Köhler, G. Seifert, and R. Kaschner , Construction of tightbinding-like potentials on the basis of density-functional theory: Application to carbon, Physical Review B 51 (1995) 12947-12957.

 

[3] P. Koskinen, V. Makinen, Density-Functional Tight-Binding for Beginners, Computational Materials Science 47 (2009) 273-253.

 

[4] O.B. Malcıoglu, R. Gebauer, D. Rocca, S. Baroni, turboTDDFT – a code for the simulation of molecular spectra using the Liouville-Lanczos approach to time-dependent density-functional perturbation theory, Computer Physics Communications, (2010).

 

[5] A. Calzolari, C. Cavazzoni, Increasing the QUANTUM ESPRESSO Capabilities II: Towards the TDDFT Simulation of Metallic Nanoparticles, Advanced Computing in Europe, (2013).

 

[6] D.V. Spol, Structure and Dynamics of Petides: eoretical Aapects of Protein Folding.

 

 [7] X. Zhang, J. Zhang, Y. Xia, Molecular design of coumarin dyes with high efficiency in dye-sensitized solar cells, Journal of Photo chemistry and Photobiology A: Chemistry 194 (2008) 167-172.

 

[8] M. Elstner, a SCC-DFTB method and its application to biological systems, Theoretical Chemistry Accounts 116 (2006) 316-325.

 

[9] T. Frauenheim, G. Seifert, M. Elstner, Z. Hajnal, G. Jungnickel, D. Porezag, S. Suhai, R. Scholz, A Self-Consistent Charge Density-Functional Based Tight-Binding Method for Predictive Materials Simulations in Physics, Chemistry and Biology,  Physical Status Solidi B 217 (2000) 41-62.

 

[10] I. Timrov, N. Vast, R. Gebauer, S. Baroni, Electron energy-loss and inelastic X-ray scattering cross sections from time-dependent density-functional perturbtion theory, (2013).

[11] I. TIMROV, Etude ab initio des plasmons et du couplage ́electron-phonon dans le bismuth: de la mod ́elisation del’absorption des porteurs libres`a une nouvelle m ́ethode pourle calcul de spectre de perte dienergie ́electronique,(Thiese preapare au Laboratoire des Solides Irradies), ECOLE POLYTECHNQUE ParisTech, (2013).

 

[12] D. Rocca, Time-Dependent Density Functional Perturbation Theory New algorithms with applications to Molecular spectra, (Thesis submitted for the degree of Doctor Philosophiæ) (2007).