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색소증감 태양전지에 사용된 색소 재료의 여기 상태와 여기 스펙트라(Excited States and Electronic Spectra of Dye Molecules applied to the Dye-sensitized Solar Cell)

전문가 제언: □ 색소증감 태양전지에 이용되는 금속 착체 색소의 전자여기 상태와 여기 스펙트라에 관한 연구와 분자 구조와 전자 상태적 특성과의 상관을 기술하였다. 여기 상태 계산이 시간의존밀도범관수법(TDDET)법을 중심으로 이용되는 전자 상태 계산 이론이 개요와 실제의 계산수법을 소개하였다. 여기에서 여기 상태의 이론 연구를 이용한 전자여기 이론의 개략, Ru(dcbpy)2(NCS)2 및 Ru(tcterpy) (NCS)3 에 관한 실제의 해석 결과를 소개하고, 색소분자의 분자 구조와 여기 상태, 여기 스펙트라와의 상관에 대한 기술이다.

□ 전자 상태 이론의 개략 분자의 전자 상태를 계산하는 방법에는 분자궤도를 이용한 양자화학적방법과 밀도범관수법(DFT)이 있다. 여기 계산의 실제 DFT 계산에서는 교환상관 범관수를 선택할 필요가 있다. 금속 착체의 TDDFT 계산에서는 B3LYP, BPW91, PBE0이라는 범관수가 사용되고 있다. TDDFT법의 TDDFT 계산은 B3LYP범관수를 이용한 DFT 계산에 의한 기저 상태의 분자 구조를 최적화 한 것이다.

□ N3 색소의 여기 상태에서는 N3 색소라는 Ru(dcbpy)2 (NCS)2에 관해서 여기 상태 계산의 결과로 이 색소는 적색색소(red dye)라고도 한다. 또한 흑색 색소(Ru(tcterpy) (NCS)3)의 여기 상태에서 RD로부터도 장파장영역의 태양광을 흡수하는 색소 재료로 Nazeeruddin, Gratzel은 (Ru(tcterpy)(NCS)3 을 합성하였다. 이 착체를 흑색색소(black dye)라고 한다.

□ DSSC에 이용되는 금속 착체 색소의 전자여기 상태에 관한 이론 연구의 방법의 개략과 실제의 응용의 예를 소개하였다. RD와 BD에 관한 TDDFT 계산으로 전자여기를 구성하는 분자궤도의 성질, 여기 스펙트라의 귀속과 여기 상태의 특성을 상세하게 설명하고 있다. 색소 재료에 관한 연구를 계속하기 위해서는 이론적 과제로 계산의 고정밀도화와 고속화가 필요하다.

저자: Manabu Sugimoto
자료유형: 학술정보