Dynamical orientation of large molecules on oxide surfaces and its implications for dye-sensitized solar cells

Chemistry of Materials

Volumn 25, Issue 21, 2013, Pages 4354-4363

  Brennan, Thomas P ^a   Tanskanen, Jukka T ^a,c   Bakke, Jonathan R ^a   Nguyen, William H ^a,b   Nordlund, Dennis ^d   Toney, Michael F ^d   McGehee, Michael D ^a   Sellinger, Alan ^a,e   Bent, Stacey F ^a  

^a Stanford University   (United States)

^b STANFORD UNIVERSITY   (United States)

^c UNIVERSITY OF EASTERN FINLAND   (Finland)

^d SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

^e Department of Metallurgical and Materials Engineering   (United States)

Author keywords

density functional theory; dye sensitized solar cells; surface functionalization; X ray absorption fine structure spectroscopy

Indexed keywords

ADSORBATE-SUBSTRATE INTERACTIONS; COMPUTATIONAL STUDIES; DISCRETE TRANSITIONS; DYE-SENSITIZED SOLAR CELL; GROUND-STATE STRUCTURES; NEAR-EDGE X-RAY ABSORPTION FINE STRUCTURE SPECTROSCOPIES; PREDICTIVE ABILITIES; SURFACE FUNCTIONALIZATION;

ADSORBATES; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRONIC STRUCTURE; MOLECULAR DYNAMICS; PHOTOELECTROCHEMICAL CELLS; TITANIUM DIOXIDE; X RAY ABSORPTION FINE STRUCTURE SPECTROSCOPY;

SOLAR CELLS;

EID: 84887598091     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm402609k     Document Type: Article

References (67)

1. Kolmakov, A.; Moskovits, M. Annu. Rev. Mater. Res. 2004, 34, 151-180
2. Yildirim, O.; de Veen, P. J.; Maas, M. G.; Nguyen, M. D.; Reinhoudt, D. N.; Blank, D. H. A.; Rijnders, G.; Huskens, J. J. Mater. Chem. 2012, 22, 2405-2409
3. Onclin, S.; Ravoo, B. J.; Reinhoudt, D. N. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 6282-6304
4. Hagfeldt, A.; Boschloo, G.; Sun, L.; Kloo, L.; Pettersson, H. Chem. Rev. 2010, 110, 6595-6663
5. O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737-740
6. Hardin, B. E.; Snaith, H. J.; McGehee, M. D. Nat. Photonics 2012, 6, 162-169
7. Yella, A.; Lee, H.-W.; Tsao, H. N.; Yi, C.; Chandiran, A. K.; Nazeeruddin, M. K.; Diau, E. W.-G.; Yeh, C.-Y.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. Science 2011, 334, 629-634
8. Bach, U.; Lupo, D.; Comte, P.; Moser, J. E.; Weissortel, F.; Salbeck, J.; Spreitzer, H.; Grätzel, M. Nature 1998, 395, 583-585
9. Tennakone, K.; Kumara, G. R. R. A.; Kumarasinghe, A. R.; Wijayantha, K. G. U.; Sirimanne, P. M. Semicond. Sci. Technol. 1995, 10, 1689
10. Burschka, J.; Dualeh, A.; Kessler, F.; Baranoff, E.; Cevey-Ha, N.-L.; Yi, C.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18042-18045
11. Howie, W. H.; Claeyssens, F.; Miura, H.; Peter, L. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1367-1375
12. Chen, P.; Yum, J. H.; Angelis, F. D.; Mosconi, E.; Fantacci, S.; Moon, S.-J.; Baker, R. H.; Ko, J.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. Nano Lett. 2009, 9, 2487-2492
13. Dualeh, A.; De Angelis, F.; Fantacci, S.; Moehl, T.; Yi, C.; Kessler, F.; Baranoff, E.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 1572-1578
14. Ronca, E.; Pastore, M.; Belpassi, L.; Tarantelli, F.; De Angelis, F. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 183-193
15. Marinado, T.; Nonomura, K.; Nissfolk, J.; Karlsson, M. K.; Hagberg, D. P.; Sun, L.; Mori, S.; Hagfeldt, A. Langmuir 2009, 26, 2592-2598
16. Pastore, M.; De Angelis, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 920-928
17. Finnie, K. S.; Bartlett, J. R.; Woolfrey, J. L. Langmuir 1998, 14, 2744-2749
18. Nazeeruddin, M. K.; Humphry-Baker, R.; Liska, P.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 8981-8987
19. De Angelis, F.; Fantacci, S.; Selloni, A.; Grätzel, M.; Nazeeruddin, M. K. Nano Lett. 2007, 7, 3189-3195
20. De Angelis, F.; Fantacci, S.; Selloni, A.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 6054-6061
21. Anselmi, C.; Mosconi, E.; Pastore, M.; Ronca, E.; De Angelis, F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 15963-15974
22. Stöhr, J.; Outka, D. A. Phys. Rev. B 1987, 36, 7891-7905
23. Stöhr, J. NEXAFS Spectroscopy, 1 st ed.; Springer-Verlag: Berlin, Germany, 1992.
24. Patthey, L.; Rensmo, H.; Persson, P.; Westermark, K.; Vayssieres, L.; Stashans, A.; Petersson, A.; Bruhwiler, P. A.; Siegbahn, H.; Lunell, S.; Martensson, N. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5913-5918
25. Persson, P.; Lunell, S.; Bruhwiler, P. A.; Schnadt, J.; Sodergren, S.; O'Shea, J. N.; Karis, O.; Siegbahn, H.; Martensson, N.; Bassler, M.; Patthey, L. J. Chem. Phys. 2000, 112, 3945-3948
26. Schnadt, J.; Schiessling, J.; O'Shea, J. N.; Gray, S. M.; Patthey, L.; Johansson, M. K. J.; Shi, M.; Krempaský, J.; Åhlund, J.; Karlsson, P. G.; Persson, P.; MaÌŠrtensson, N.; Brühwiler, P. A. Surf. Sci. 2003, 540, 39-54
27. Thomas, A. G.; Flavell, W. R.; Chatwin, C.; Rayner, S.; Tsoutsou, D.; Kumarasinghe, A. R.; Brete, D.; Johal, T. K.; Patel, S.; Purton, J. Surf. Sci. 2005, 592, 159-168
28. González-Moreno, R. n.; Cook, P. L.; Zegkinoglou, I.; Liu, X.; Johnson, P. S.; Yang, W.; Ruther, R. E.; Hamers, R. J.; Tena-Zaera, R. n.; Himpsel, F. J.; Ortega, J. E.; Rogero, C. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 18195-18201
29. Rangan, S.; Coh, S.; Bartynski, R. A.; Chitre, K. P.; Galoppini, E.; Jaye, C.; Fischer, D. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 23921-23930
30. Yu, S.; Ahmadi, S.; Zuleta, M.; Tian, H.; Schulte, K.; Pietzsch, A.; Hennies, F.; Weissenrieder, J.; Yang, X.; Göthelid, M. J. Chem. Phys. 2010, 133, 224704-224711
31. Johansson, E. M. J.; Edvinsson, T.; Odelius, M.; Hagberg, D. P.; Sun, L.; Hagfeldt, A.; Siegbahn, H.; Rensmo, H. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8580-8586
32. Hahlin, M.; Odelius, M.; Magnuson, M.; Johansson, E. M. J.; Plogmaker, S.; Hagberg, D. P.; Sun, L.; Siegbahn, H.; Rensmo, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 3534-3546
33. Karlsson, K. M.; Jiang, X.; Eriksson, S. K.; Gabrielsson, E.; Rensmo, H.; Hagfeldt, A.; Sun, L. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 6415-6424
34. Furukawa, M.; Yamada, T.; Katano, S.; Kawai, M.; Ogasawara, H.; Nilsson, A. Surf. Sci. 2007, 601, 5433-5440
35. Gliboff, M.; Sang, L.; Knesting, K. M.; Schalnat, M. C.; Mudalige, A.; Ratcliff, E. L.; Li, H.; Sigdel, A. K.; Giordano, A. J.; Berry, J. J.; Nordlund, D.; Seidler, G. T.; Brédas, J.-L.; Marder, S. R.; Pemberton, J. E.; Ginger, D. S. Langmuir 2013, 29, 2166-2174
36. Bidermane, I.; Luder, J.; Boudet, S.; Zhang, T.; Ahmadi, S.; Grazioli, C.; Bouvet, M.; Rusz, J.; Sanyal, B.; Eriksson, O.; Brena, B.; Puglia, C.; Witkowski, N. J. Chem. Phys. 2013, 138, 234701-8
37. Brennan, T. P.; Bakke, J. R.; Ding, I. K.; Hardin, B. E.; Nguyen, W. H.; Mondal, R.; Bailie, C. D.; Margulis, G. Y.; Hoke, E. T.; Sellinger, A.; McGehee, M. D.; Bent, S. F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 12130-12140
38. Nguyen, W. H.; Bailie, C. D.; Burschka, J.; Moehl, T.; Grätzel, M.; McGehee, M. D.; Sellinger, A. Chem. Mater. 2013, 25, 1519-1525
39. Li, R.; Liu, J.; Cai, N.; Zhang, M.; Wang, P. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 4461-4464
40. Hermann, K.; Pettersson, L. G. M.; Casida, M. E.; Daul, C.; Goursot, A.; Koester, A.; Proynov, E.; St-Amant, A.; Salahub, D. R.; Carravetta, V.; Duarte, H.; Friedrich, C.; Godbout, N.; Guan, J.; Jamorski, C.; Leboeuf, M.; Leetmaa, M.; Nyberg, M.; Patchkovskii, S.; Pedocchi, L.; Sim, F.; Triguero, L.; Vela, A. StoBe-deMon Software, v3.1 ed.; 2011.
41. Varetto, U. Molekel; Swiss National Supercomputing Centre: Lugano, Switzerland, 2009.
42. Pastore, M.; Fantacci, S.; De Angelis, F. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 3685-3700
43. Persson, P.; Lunell, S. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2000, 63, 139-148
44. Hara, K.; Sato, T.; Katoh, R.; Furube, A.; Yoshihara, T.; Murai, M.; Kurashige, M.; Ito, S.; Shinpo, A.; Suga, S.; Arakawa, H. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 246-252
45. Chen, C.-Y.; Wang, M.; Li, J.-Y.; Pootrakulchote, N.; Alibabaei, L.; Ngoc-le, C.-h.; Decoppet, J.-D.; Tsai, J.-H.; Grätzel, C.; Wu, C.-G.; Zakeeruddin, S. M.; Grätzel, M. ACS Nano 2009, 3, 3103-3109
46. Jiao, Y.; Zhang, F.; Grätzel, M.; Meng, S. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 424-429
47. Harms, H. A.; Tetreault, N.; Gusak, V.; Kasemo, B.; Grätzel, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 9037-9040
48. Steinmann, S. N.; Piemontesi, C.; Delachat, A.; Corminboeuf, C. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 1629-1640
49. Burke, K.; Wagner, L. O. Int. J. Quantum Chem. 2013, 113, 96-101
50. Xie, Q.; Musschoot, J.; Deduytsche, D.; Van Meirhaeghe, R. L.; Detavernier, C.; Van den Berghe, S.; Jiang, Y.-L.; Ru, G.-P.; Li, B.-Z.; Qu, X.-P. J. Electrochem. Soc. 2008, 155, H688-H692
51. Tirsell, K. G.; Karpenko, V. P. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A 1990, 291, 511-517
52. Ressler, T. J. Synchrotron Radiat. 1998, 5, 118-122
53. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J., J. A.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
54. Triguero, L.; Pettersson, L. G. M.; Ågren, H. Phys. Rev. B 1998, 58, 8097-8110
55. Kutzelnigg, W.; Fleischer, U.; Schindler, M. NMR-Basic Principles and Progress; Springer-Verlag: Heidelberg, Germany, 1990.
56. Triguero, L.; Plashkevych, O.; Pettersson, L. G. M.; Ågren, H. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1999, 104, 195-207
57. Kolczewski, C.; Püttner, R.; Plashkevych, O.; Ågren, H.; Staemmler, V.; Martins, M.; Snell, G.; Schlachter, A. S.; Sant'Anna, M.; Kaindl, G.; Pettersson, L. G. M. J. Chem. Phys. 2001, 115, 6426-6437
58. Dovesi, R.; Saunders, V. R.; Roetti, C.; Orlando, R.; Zicovich-Wilson, C. M.; Pascale, F.; Civalleri, B.; Doll, K.; Harrison, N. M.; Bush, I. J.; D'Arco, P.; Llunell, M. CRYSTAL09 User's Manual; Theoretical Chemistry Group, University of Turin: Torino, Italy, 2009.
59. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169-11186
60. Kresse, G.; Furthmüller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15-50
61. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
62. Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110, 6158-6170
63. Schäfer, A.; Horn, H.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 1992, 97, 2571-2577
64. Weigend, F.; Ahlrichs, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3297-3305
65. Scaranto, J.; Giorgianni, S. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2008, 858, 72-76
66. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758-1775
67. Kusama, H.; Orita, H.; Sugihara, H. Langmuir 2008, 24, 4411-4419