Theoretical investigation of conformations and energies of metal-free organic dye for dye-sensitized solar cells by DFT/ TDDFT study

ในงานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาสมบัติทางโครงสร้างและค่าพลังงานของโมเลกุลสีย้อมไวแสงที่ปราศจากโลหะโดยใช้ระเบียบวิธีทางเคมีควอนตัม ระเบียบวิธีเด็นซิตี้ฟังก์ชันแนล และไทม์ดีเพนเด็นต์-เด็นซิตี้ฟังก์ชันแนล ถูกนำมาใช้ในการคำนวณโครงสร้างและพลังงานของโมเลกุลที่เป็นอนุพันธ์ของคูมารีน อนุพันธ์ของไดเมททิลอะนีลีน และอนุพันธ์ของคาบาโซล-ฟลูออรีน โดยทำการศึกษาผลของหมู่ให้อิเล็กตรอน หมู่เชื่อมต่อและหมู่รับอิเล็กตรอนที่แตกต่างกัน โครงสร้างที่สถานะพื้นถูกคำนวณที่ระดับ B3LYP/6-31G(d,p) โดยใช้โปรแกรม Gaussian 03 สมบัติในการส่งผ่านอิเล็กตรอนภายในโมเลกุลสีย้อมและค่าพลังงานกระตุ้นถูกคำนวณโดยใช้ระเบียบวิธีไทม์ดีเพนเด็นต์--เด็นซิตี้ฟังก์ชันแนล (TDDFT) ที่ระดับเดียวกับการคำนวณในสถานะพื้น ผลการคำนวณแสดงให้เห็นว่ามีการส่งผ่านประจุภายในโมเลกุลซึ่งสอดคล้องกับการส่งผ่านอิเล็กตรอนจากระดับพลังงาน HOMO ไปยังระดับพลังงาน LUMO นอกจากนี้ยังได้เปรียบเทียบผลที่ได้จากการคำนวณและผลที่ได้จากการทดลอง พบว่าผลที่ได้จากการคำนวณมีแนวโน้มที่สอดคล้องกับการทดลองสามารถกล่าวได้ว่าการคำนวณโดยระเบียบวิธีไทม์ดีเพนเด็นต์-เด็นซิตี้ฟังก์ชันแนลสามารถทำนายสมบัติทางโครงสร้างและพลังงานของโมเลกุลสีย้อมไวแสงที่ปราศจากโลหะในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสงได้
The conformations, electronic and optical properties of metal free organic dyes have been investigated by Density functional theory (DFT) and Time-dependent DFT (TDDFT) calculation. The effects of different donors, different linkers and different acceptors have been performed on the coumadin derivatives, N,N-dimethylaniline and carbazole-fluorine derivative. The ground state structures were optimized at the B3LTYP/6-31G (d,p) level of theory implemented in Gaussian 03 program. The intramolecular charge transfer (ICT) properties were evaluated by single point energy calculation using TDDFT at the same basis set. Our results show that the ICT character involves primarily the promotion of an electron from the HOMOs to the LUMOs. The calculation results were compared with the experimental data. We also found that the calculation results are good agreement with experimental results. The TDDFT calculations can predict the properties of structure and energy of organic materials for DSCs applications.