Российские ученые нашли способ повысить эффективность фотосенсибилизаторов

Установлено, что влияние заместителей в циклометаллированных лигандах на оптическое поглощение комплексов ограничено в контексте его эффективности для создания возбужденных состояний, из которых возможна эффективная инжекция электронов в зону проводимости полупроводника. В частности, включение сильных электроноакцепторных групп в циклометаллированное кольцо способствует внутрилигандным переходам с переносом заряда. Поэтому возбужденные состояния не локализуются на дополнительном лиганде и, таким образом, вряд ли подходят для эффективного переноса заряда в солнечных элементах. С другой стороны, сильный электронодонорный пиперидиновый заместитель во вспомогательном дикетонатном лиганде также приводит к интенсивному поглощению, обеспечивая направленность переноса заряда, которая способствует формированию желаемой локализации возбужденного состояния. Однако соответствующий комплекс проявляет необратимое окислительно-восстановительное поведение и, таким образом, не может быть использован в качестве фотосенсибилизатора в солнечных элементах.

Тем не менее, маневрирование между требуемыми фотофизическими характеристиками, желаемой локализацией возбужденного состояния и фундаментальными ограничениями на выбор заместителей позволило нам найти наилучшую комбинацию изученных лигандов для создания одного из наиболее эффективных фотосенсибилизаторов на базе циклометаллированного комплекса иридия(III). Такой комбинацией стали 2-(3-метоксифенил)-N-фенилбензимидазол в качестве циклометаллированного лиганда и вспомогательный дибензоилметан, симметрично функционализированный двумя ‘якорными’ карбоксиметильными группами. Такой дикетонатный комплекс, будучи сорбированным на фотоаноде, показал более чем в два раза большее время жизни носителей заряда (и более высокую общую эффективность) по сравнению с аналогичным комплексом со стандартным 4,4'-дикарбокси-2,2'-бипиридином в качестве ‘якорного’ лиганда.

Таким образом, показано, что для разработки эффективных фотосенсибилизизаторов на основе циклометаллированных комплексов иридия(III) критически важным является не только увеличение светопоглощения в видимой области, но и обеспечение направленного переноса заряда на дополнительный лиганд, ближе к поверхности полупроводника.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-23-01171).