Porphyrin-sensitized solar cells: Effect of carboxyl anchor group orientation on the cell performance

ACS Applied Materials and Interfaces

Volumn 5, Issue 11, 2013, Pages 5314-5323

  Hart, Aaron S ^a   Kc, Chandra B ^a   Gobeze, Habtom B ^a   Sequeira, Lindsey R ^a   D'Souza, Francis ^a  

^a UNIVERSITY OF NORTH TEXAS   (United States)

Author keywords

dye orientation; femtosecond transient spectroscopy; impedance spectroscopy; light energy conversion; organic solar cell; photoelectrochemistry; porphyrin

Indexed keywords

FEMTOSECOND TRANSIENT SPECTROSCOPY; IMPEDANCE SPECTROSCOPY; LIGHT ENERGY CONVERSION; ORGANIC SOLAR CELL; PHOTO-ELECTROCHEMISTRY;

CHARGE TRANSFER; ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE SPECTROSCOPY; ELECTROCHEMISTRY; ENERGY CONVERSION; PHOTOELECTROCHEMICAL CELLS; PORPHYRINS; SOLAR CELLS; SPECTROSCOPY; TITANIUM DIOXIDE; ZINC;

ZINC COMPOUNDS;

EID: 84879123842     PISSN: 19448244     EISSN: 19448252     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/am401201q     Document Type: Article

References (119)

1. O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737
2. Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338
3. Nazeeruddin, M. K.; Pechy, P.; Renouard, T.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Comte, P.; Liska, P.; Cevey, L.; Costa, E.; Shklover, V.; Spiccia, L.; Deacon, G. B.; Bignozzi, C. A.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 1613
4. Nazeeruddin, M. K.; De Angelis, F.; Fantacci, S.; Selloni, A.; Viscardi, G.; Liska, P.; Ito, S.; Bessho, T.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16835
5. Chiba, Y.; Islam, A.; Watanabe, Y.; Komiya, R.; Koide, N.; Han, L. Y. Jpn. J. Appl. Phys. 2006, 45, L638
6. Nazeeruddin, M. K.; Bessho, T.; Cevey, L.; Ito, S.; Klein, C.; De Angelis, F.; Fantacci, S.; Comte, P.; Liska, P.; Imai, H.; Grätzel, M. J. Photochem. Photobiol. A 2007, 185, 331
7. Gao, F.; Wang, Y.; Shi, D.; Zhang, J.; Wang, M. K.; Jing, X. Y.; Humphry-Baker, R.; Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10720
8. Chen, C. Y.; Wang, M. K.; Li, J. Y.; Pootrakulchote, N.; Alibabaei, L.; Ngocle, C. H.; Decoppet, J. D.; Tsai, J. H.; Gratzel, C.; Wu, C. G.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. ACS Nano 2009, 3, 3103
9. Hagfeldt, A.; Boschloo, G.; Sun, L.; Kloo, L.; Pettersson, H. Chem. Rev. 2010, 110, 6595
10. Cao, Y. M.; Bai, Y.; Yu, Q. J.; Cheng, Y. M.; Liu, S.; Shi, D.; Gao, F. F.; Wang, P. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 6290
11. Han, L. Y.; Islam, A.; Chen, H.; Malapaka, C.; Chiranjeevi, B.; Zhang, S. F.; Yang, X. D.; Yanagida, M. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6057
12. Moser, J. E.; Bonnote, P.; Grätzel, M. Coord. Chem. Rev. 1998, 171, 245
13. Robertson, N. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 2338
14. Pelet, S.; Grätzel, M.; Moser, J. E. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3215
15. Haque, S. A.; Tachibana, Y.; Willis, R. L.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 538
16. Chen, C.; Wang, M.; Wang, K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 1624
17. Myllyperkio, P.; Manzoni, C.; Polli, D.; Cerullo, G.; Korppi-Tommola, J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 13985
18. Wiberg, J.; Marinado, T.; Hagberg, D. P.; Sun, L. C.; Hagfeldt, A.; Albinsson, B. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3881
19. Ravirajan, P.; Peiró, A. M.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M.; Bradley, D. D. C.; Durrant, J. R.; Nelson, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7635
20. Anderson, S.; Constable, E. C.; Dareedwards, M. P.; Goodenough, J. B.; Hamnett, A.; Seddon, K. R.; Wright, R. D. Nature 1979, 280, 571
21. Tachibana, Y.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. J. Phys. Chem. 1996, 100, 20056
22. Hannappel, T.; Burfeindt, B.; Storck, W.; Willig, F. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 6799
23. Moser, J. E.; Noukakis, D.; Bach, U.; Tachibana, Y.; Klug, D. R.; Durrant, J. R.; Humphry-Baker, R.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3649
24. Ellingson, R. J.; Asbury, J. B.; Ferrere, S.; Ghosh, H. N.; Sprague, J. R.; Lian, T. Q.; Nozik, A. J. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 6455
25. Asbury, J. B.; Ellingson, R. J.; Ghosh, H. N.; Ferrere, S.; Nozik, A. J.; Lian, T. Q. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 3110
26. Durrant, J. R.; Tachibana, Y.; Mercer, I.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Klug, D. R. Z. Phys. Chem 1999, 212, 93
27. Tachibana, Y.; Haque, S. A.; Mercer, I. P.; Durrant, J. R.; Klug, D. R. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1198
28. Haque, S. A.; Handa, S.; Peter, K.; Palomares, E.; Thelakkat, M.; Durrant, J. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 5740
29. Nelson, J.; Haque, S. A.; Klug, D. R.; Durrant, J. R. Phys. Rev. B 2001, 63, 205321
30. Heimer, T. A.; Heilweil, E. J.; Bignozzi, C. A.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4256
31. Kallioinen, J.; Lehtovuori, V.; Myllyperkio, P.; Korppi-Tommola, J. Chem. Phys. Lett. 2001, 340, 217
32. Benko, G.; Kallioinen, J.; Korppi-Tommola, J. E. I.; Yartsev, A. P.; Sundström, V. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 489
33. Kallioinen, J.; Benko, G.; Sundström, V.; Korppi-Tommola, J. E. I.; Yartsev, A. P. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 4396
34. Anderson, N. A.; Lian, T. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1231
35. Schwarzburg, K.; Ernstorfer, R.; Felber, S.; Willig, F. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1259
36. Barzykin, A. V.; Tachiya, M. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 4356
37. Katoh, R.; Furube, A.; Barzykin, A. V.; Arakawa, H.; Tachiya, M. Coord. Chem. Rev. 2004, 248, 1195
38. Barzykin, A. V.; Tachiya, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8385
39. Pan, J.; Benko, G.; Xu, Y. H.; Pascher, T.; Sun, L. C.; Sundström, V.; Polivka, T. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13949
40. Wang, D.; Mendelsohn, R.; Galoppini, E.; Hoertz, P. G.; Carlisle, R. A.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16642
41. Kilsa, K.; Mayo, E. I.; Kuciauskas, D.; Villahermosa, R.; Lewis, N. S.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 3379
42. Tian, H. N.; Yang, X. C.; Cong, J. Y.; Chen, R. K.; Liu, J.; Hao, Y.; Hagfeldt, A.; Sun, L. C. Chem. Commun. 2009, 6288
43. Wang, Z. S.; Koumura, N.; Cui, Y.; Miyashita, M.; Mori, S.; Hara, K. Chem. Mater. 2009, 21, 2810
44. Qin, H.; Wenger, S.; Xu, M.; Gao, F.; Jing, X.; Wang, P.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 9202
45. Zhou, G.; Pschirer, N.; Schoneboom, J. C.; Eickemeyer, F.; Baumgarten, M.; Mullen, K. Chem. Mater. 2008, 20, 1808
46. Xu, W.; Peng, B.; Chen, J.; Liang, M.; Cai, F. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 874
47. Li, G.; Jiang, K.-J.; Li, Y.-F.; Li, S.-L.; Yang, L.-M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 11591
48. Ning, Z. J.; Zhang, Q.; Wu, W. J.; Pei, H. C.; Liu, B.; Tian, H. J. Org. Chem. 2008, 73, 3791
49. Horiuchi, T.; Miura, H.; Sumioka, K.; Uchida, S. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 12218
50. Zhang, X. H.; Wang, Z. S.; Cui, Y.; Koumura, N.; Furube, A.; Hara, K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 13409
51. Hara, K.; Sayama, K.; Ohga, Y.; Shinpo, A.; Suga, S.; Arakawa, H. A. Chem. Commun. 2001, 569
52. Wang, Z. S.; Cui, Y.; Dan-Oh, Y.; Kasada, C.; Shinpo, A.; Hara, K. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7224
53. Wang, Z. S.; Cui, Y.; Dan-Oh, Y.; Kasada, C.; Shinpo, A.; Hara, K. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 17011
54. Horiuchi, T.; Miura, H.; Uchida, S. Chem. Commun. 2003, 3036
55. Hara, K.; Kurashige, M.; Ito, S.; Shinpo, A.; Suga, S.; Sayama, K.; Arakawa, H. Chem. Commun. 2003, 252
56. Kitamura, T.; Ikeda, M.; Shigaki, K.; Inoue, T.; Anderson, N. A.; Ai, X.; Lian, T. Q.; Yanagida, S. Chem. Mater. 2004, 16, 1806
57. Hwang, S.; Lee, J. H.; Park, C.; Lee, H.; Kim, C.; Park, C.; Lee, M.-H.; Lee, W.; Park, J.; Kim, K.; Park, N.-G.; Kim, C. A. Chem. Commun. 2007, 4887
58. Kim, C.; Choi, H.; Kim, S.; Baik, C.; Song, K.; Kang, M. S.; Kang, S. O.; Ko, J. J. Org. Chem. 2008, 73, 7072
59. Im, H.; Kim, S.; Park, C.; Jang, S. H.; Kim, C. J.; Kim, K.; Park, N. G.; Kim C. Chem. Commun. 2010, 46, 1335
60. Tan, S. X.; Zhai, J.; Fang, H. J.; Jiu, T. G.; Ge, J.; Li, Y. L.; Jiang, L.; Zhu, D. B. Chem.-Eur. J. 2005, 11, 6272
61. Liu, W. H.; Wu, I. C.; Lai, C. H.; Chou, P. T.; Li, Y. T.; Chen, C. L.; Hsu, Y. Y.; Chi, Y. Chem. Commun. 2008, 5152
62. Wang, Z. S.; Koumura, N.; Cui, Y.; Takahashi, M.; Sekiguchi, H.; Mori, A.; Kubo, T.; Furube, A.; Hara, K. Chem. Mater. 2008, 20, 3993
63. Wu, W. J.; Hua, J. L.; Jin, Y. H.; Zhan, W. H.; Tian, H. Photochem. Photobiol. Sci. 2008, 7, 63
64. Yum, J. H.; Walter, P.; Huber, S.; Rentsch, D.; Geiger, T.; Nuesch, F.; De Angelis, F.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10320
65. Reddy, P. Y.; Giribabu, L.; Lyness, C.; Snaith, H. J.; Vijaykumar, C.; Chandrasekharan, M.; Lakshmikantam, M.; Yum, J. H.; Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 373
66. Cid, J. J.; Yum, J. H.; Jang, S. R.; Nazeeruddin, M. K.; Ferrero, E. M.; Palomares, E.; Ko, J.; Grätzel, M.; Torres, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 8358
67. Martinez-Diaz, M. V.; de la Torre, G.; Torres, T. Chem. Commun. 2010, 46, 7090
68. Mori, S.; Nagata, M.; Nakahata, Y.; Yasuta, K.; Goto, R.; Kimura, M.; Taya, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4054
69. Ragoussi, M. E.; Cid, J. J.; Yum, J. H.; de la Torre, G.; Di Censo, D.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K.; Torres, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 4375
70. Ferrere, S.; Zaban, A.; Gregg, B. A. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4490
71. Shibano, Y.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Imahori, H. Org. Lett. 2007, 9, 1971
72. Li, C.; Yum, J. H.; Moon, S. J.; Herrmann, A.; Eickemeyer, F.; Pschirer, N. G.; Erk, P.; Schoeboom, J.; Mullen, K.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. ChemSusChem 2008, 1, 615
73. Mathew, S.; Imahori, H.; Tunable J. Mater. Chem. 2011, 21, 7166
74. Zhang, G. L.; Bala, H.; Cheng, Y. M.; Shi, D.; Lv, X. J.; Yu, Q. J.; Wang, P. Chem. Commun. 2009, 2198
75. Zeng, W. D.; Cao, Y. M.; Bai, Y.; Wang, Y. H.; Shi, Y. S.; Zhang, M.; Wang, F. F.; Pan, C. Y.; Wang, P. Chem. Mater. 2010, 22, 1915
76. Tian, H.; Yang, X.; Chen, R.; Pan, Y.; Li, L.; Hagfeldt, A.; Sun, L. Chem. Commun. 2007, 3741
77. Cao, D.; Peng, J.; Hong, Y.; Fang, X.; Wang, L.; Meier, H. Org. Lett. 2011, 13, 1610
78. Xie, Z.; Midya, A.; Loh, K. P.; Adams, S.; Blackwood, D. J.; Wang, J.; Zhang, X.; Chen, Z. Prog. Photovoltaics 2010, 18, 573
79. Wu, W.; Yang, J.; Hua, J.; Tang, J.; Zhang, L.; Long, Y.; Tian, H. J. Mater. Chem. 2010, 20, 1772
80. Hart, A. S.; KC, C. B.; Subbaiyan, N. K.; Karr, P. A.; D'Souza, F. ACS Appl. Mater. Inter. 2012, 4, 5813
81. Sargent, E. H. Nat. Photonics 2012, 6, 133
82. Bang, J. H.; Kamat, P. V. ACS Nano 2009, 3, 1467
83. Tang, J.; Wang, X.; Brzozowski, L.; Barkhouse, D.; Aaron, R.; Debnath, R.; Levina, L.; Sargent, E. H. Adv. Mater. 2010, 22, 1398
84. Wang, Q.; Campbell, W. M.; Bonfantani, E. E.; Jolley, K. W.; Officer, D. L.; Walsh, P. J.; Gordon, K.; Humphry-Baker, R.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15397
85. Campbell, W. M.; Jolley, K. W.; Wagner, P.; Wagner, K.; Walsh, P. J.; Gordon, K. C.; Schmidt-Mende, L.; Nazeeruddin, M. K.; Wang, Q.; Grätzel, M.; Officer, D. L. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 11760
86. Lee, C. Y.; She, C. X.; Jeong, N. C.; Hupp, J. T. Chem. Commun. 2010, 46, 6090
87. Imahori, H.; Umeyama, T.; Ito, S. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1809
88. Walter, M. G.; Rudine, A. B.; Wamser, C. C. J. Porphyrins Phthalocyanines 2010, 14, 759
89. Imahori, H.; Matsubara, Y.; Iijima, H.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Ito, S.; Niemi, M.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 10656
90. Kira, A.; Matsubara, Y.; Iijima, H.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Ito, S.; Niemi, M.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H.; Imahori, H. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11293
91. Mathew, S.; Iijima, H.; Toude, Y.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Ito, S.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H.; Imahori, H. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 14415
92. Imahori, H.; Umeyama, T.; Kurotobi, K.; Takano, Y. Chem. Commun. 2012, 48, 4032
93. Ye, S.; Kathiravan, A.; Hayashi, H.; Tong, Y.; Infahsaeng, Y.; Chabera, P.; Pascher, T.; Yartsev, A. P.; Isoka, S.; Imahori, H.; Sundström, V. J. Phys. Chem. 2013, 117, 6066
94. Subbaiyan, N. K.; Wijesinghe, C. A.; D'Souza, F. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14646
95. Hasobe, T. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 44
96. Ishida, M.; Park, S. W.; Hwang, D.; Koo, Y. B.; Sessler, J. L.; Kim, D. Y.; Kim, D. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 19343
97. Wang, F.; Subbaiyan, N. K.; Wang, Q.; Rochford, C.; Xu, G.; Lu, R.; Elliot, A.; D'Souza, F.; Hut, R.; Wu, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1565
98. KC, C. B.; Stranius, K.; D'Souza, P.; Subbaiyan, N. K.; Lemmetyinen, H.; Tkachenko, N. V.; D'Souza, F. J. Phys. Chem. C. 2013, 117, 763
99. Subbaiyan, N. K.; Hill, J. P.; Ariga, K.; Fukuzumi, S.; D'Souza, F. Chem. Commun. 2011, 47, 6003
100. Cherian, S.; Wamser, C. C. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 3624
101. Rochford, J.; Chu, D.; Hagfeldt, A.; Galoppini, E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4655
102. Rangan, S.; Katallinic, S.; Thorpe, R.; Bartynski, R. A.; Rochford, J.; Galoppini, E. J. Phys.Chem. C 2010, 114, 1139
103. Rochford, J.; Galoppini, E. Langmuir 2008, 24, 5366
104. Ma, T. L.; Inoue, K.; Noma, H.; Yao, K.; Abe, E. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2002, 152, 207
105. Bessho, T.; Zakeeruddin, S. M.; Yeh, C. Y.; Diau, E. W. G.; Grätzel, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6646
106. Wang, C. L.; Chang, Y. C.; Lan, C. M.; Lo, C. F.; Diau, E. W. G.; Lin, C. Y. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1788
107. Chang, Y. C.; Wang, C. L.; Pan, T. Y.; Hong, S. H.; Lan, C. M.; Kuo, H. H.; Lo, C. F.; Hsu, H. Y.; Lin, C. Y.; Diau, E. W. Chem. Commun. 2011, 47, 8910
108. Yella, A.; Lee, H. W.; Tsao, H. N.; Yi, C. Y.; Chandiran, A. K.; Nazeeruddin, M. K.; Diau, E. W. G.; Yeh, C. Y.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Science 2011, 334, 629
109. Kim, J. B.; Adler, A. D.; Long, F. R. In The Porphyrins; Dolphin, D., Ed.; Academic Press: New York, 1978; Vol. IA, pp 85-100.
110. Smith, K. M. Porphyrins and Metalloporphyrins; Elsevier: Amsterdam, 1972; pp 798.
111. Gouterman, M. J. Mol. Spectrosc. 1961, 6, 138-163
112. McHugh, A. J.; Gouterman, M.; Weiss, C., Jr. Theor. Chim. Acta 1972, 24, 346-70
113. Kadish, K. M. Prog. Inorg. Chem. 1986, 34, 435
114. Dye-Sensitized Solar Cells; Kalyanasundaram, K., Ed.; EPFL Press: Lausanne, Switzerland, 2010.
115. Hasobe, T.; Saito, K.; Kamat, P. V.; Troiani, V.; Qui, H.; Solladie, N.; Kim, K. S.; Park, J. K.; Kim, D.; D'Souza, F.; Fukuzumi, S. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4160
116. Bisquert, J.; Fabregat-Santiago, F. In Dye-Sensitized Solar Cells; Kalyanasundaram, K., Ed.; EPFL Press: Lausanne, Switzerland, 2010; Chapter 12, pp 457-554.
117. Subbaiyan, N. K.; Maligaspe, E.; D'Souza, F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 2368
118. Chang, C.-W.; Luo, L.; Chou, C.-K.; Lo, C.-F.; Lin, C.-Y.; Hung, C.-S.; Lee, Y.-P.; Diau, E. W. G. J. Phys. Chem. C. 2009, 113, 11524
119. Imahori, H.; Kang, S.; Hayashi, H.; Haruta, M.; Kurata, H.; Isoda, S.; Canton, S.; Infahsaeng, Y.; Kathiravan, A.; Pascher, T.; Chábera, P.; Yartsev, A.; Sundström, V. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 3679