مطالعه نظري برخي مشتقات سيكلوپنتني و سيكلوهگزني نانوفولرن‌هاي C60 و C20 به عنوان گيرنده الكترون براي پليمر پلي هگزيل تيوفن (P3HT) در سلول‌هاي فتوولتائيك آلي

Theoretical Study of Some Cyclopentene and Cyclohexene Derivatives of C60 and C20 Nano Fullerenes as Electron Receptors for Polyhexyl Thiophene (P3HT) Polymer in Organic Photovoltaic

سلول­هاي فتوولتائيك آلي (OPV) داراي يك بخش فعال هستند كه از دو قسمت دهنده و گيرنده­ الكترون ساخته شده است. در اين كار، بسپار پلي­هگزيل تيوفن (P3HT) به عنوان دهنده و برخي مشتقات سيكلوپنتني و سيكلوهگزني نانوفولرن­هاي C60 و C20 به عنوان گيرنده­ الكترون در نظر گرفته شده­اند كه با استفاده از نرم­افزار گوسين 09 و به روش نظريه تابعي چگالي (DFT) در سطح نظري B3LYP/6-31G (d, p) مورد بررسي قرار گرفتند. پس از بهينه­ سازي مولكول­هاي مورد نظر، با بررسي سهم اوربيتال­هاي s و p و همچنين، انرژي رزونانس انتقال π→π* مولكول­ها، برخي توصيفگرهاي كوانتومي مانند انرژي هومو (EHOMO) و لومو (ELUMO)، گاف انرژي (Eg)، پتانسيل شيميايي (μ)، سختي شيميايي (η)، الكتروفيليسيتي (ω) و ماكزيمم انتقال بار (∆Nmax) محاسبه شد. مقدار ولتاژ مدار باز (Voc) كه يكي از مهمترين پارامترهاي نشان دهنده­ بازده­ يك سلول خورشيدي (η) است، براي مولكول­هاي مورد مطالعه به كمك نتايج حاصل از خروجي­هاي گوسين به دست آمد. نتايج نشان مي­دهد كه مشتقات سيكلوپنتني و سيكلوهگزني نانوفولرن­هاي C60 و C20 مي­توانند به عنوان گيرنده در سلول­هاي فتوولتائيك كارآيي مطلوبي داشته باشند، ليكن استفاده از مشتقات سيكلوپنتني در سلول­هاي خورشيدي بازده­ بيشتري نسبت به مشتقات سيكلوهگزني خواهند داشت.

Organic photovoltaic cells (OPV) have an active part that is inclusive two parts; electron donor and electron receptor. In this work, Polyhexyl thiophene (P3HT) polymer is considered as an electron donor and some cyclopentene and cyclohexene derivatives of C60 and C20 nanofullerens as electron receptors, that using Gaussian 09 software and density functional theory (DFT) at B3LYP/6-31G (d, p) level are evaluated. After optimization of the structures, the contribution of s and p orbitals and also, energy resonance π→π* in molecules, some of quantum descriptors such as HOMO and LUMO energy, energy gap (Eg), chemical potential (μ), chemical hardness (η), electrophilicity index (ω) and maximum charge transfer (ΔNmax) were performed. The value of the open circuit voltage (Voc), which is one of the most important parameters indicating efficiency of a solar cell (η), was obtained for the studied molecules with Gaussian outputs. Results show that cyclopentene and cyclohexane derivatives of C60 and C20 nanofullerens can have be desired efficiency as receptors in photovoltaic cells. However, the cyclopentene derivatives will be more effective than cyclohexene derivatives in solar cells.