Effects of metalation on the nonlinear optical, charge transport and Photovoltaic properties of some graphene nanoribbons

Abstract

Dans cette étude, nous avons étudié les effets de l'ajout d’un métal sur les propriétés non linéaire, mécanique et le transport de charge de certaines petites molécules organiques de type nanoribons de graphène. une étude théorique est effectuée en utilisant les méthodes ab initio (rhf), ainsi que les méthodes de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), en utilisant les fonctionnelles B3LYP et BPBE avec la base 6-31+g(d,p) intégrée dans Gaussian 09. Les résultats révèlent que les nanoribons de graphène métallisés présentent une non linéarité optique plus grande que sa contrepartie vierge. Il est intéressant de noter que ces dérivés métalliques de nanoribons de graphène ont également un effet optique non linéaire remarquable par rapport au cristal organique classique, la para-nitroaniline et urée utilisées comme référence dans l’optique non linéaire. D'autres résultats remarquables montrent que par rapport aux nanoribons de graphène de départ, leurs homologues métallisés sont d'excellents porteurs ambipolaire de charge, mieux que le transporteur d'électrons classique Alq3 (tris(8 hydroxyquinolinato)aluminium(III) et le transporteur de trous TPD (N,N-diphényl- N,N-bis(3- méthlphényl)-(1,1-biphényl)-4,4-diamine. Cependant, le dérivé métallique a une stabilité mécanique diminuée par rapport à la molécule de départ. Les nanoribons de graphène métallisés pourraient donc être les candidats potentiels pour la fabrication de dispositifs optoélectroniques et photoniques pour l’application non linéaire de deuxième et troisième ordre. L'étude a également été menée pour déterminer si les nanoribons de graphène ainsi que ses contreparties vierges pourraient servir comme matériaux donneurs potentiel dans les cellules photovoltaïques organiques. L'analyse est faite sur l’orbitale moléculaire la plus occupée, l’orbitale moléculaire la plus basse inoccupée, la bande interdite, l’énergie de réorganisation, la tension en circuit ouvert, la force motrice et les propriétés optiques non linéaires. Ces propriétés photovoltaïques organiques sont prédites à l'aide de PCBM comme accepteur modélisé. Les résultats révèlent une concordance avec les valeurs organiques classiques et expérimentales supplémentaires, présentant le fait que les nanoribons de graphène métallisés et, dans certains cas, les nanoribons de graphène vierge peuvent être utilisés comme donneur potentiel des électrons dans les cellules solaires organiques, en raison de leurs propriétés non linéaires et photovoltaïques améliorées. Les valeurs obtenues pour l'énergie de réorganisation, la force motrice et les propriétés optiques non linéaires sont des propriétés prometteuses qui peuvent être directement implémentées dans le matériau photovoltaïque étudié. Le rendement de conversion de puissance obtenu pour le Rb-pérylène se situe autour de la valeur de courant maximale pour une cellule photovoltaïque organique. Le Rb-pérylène présente les meilleures propriétés photovoltaïques organiques suivi du k-azulène puis du k- phénanthrène. L'approche méthodologique proposée dans cette recherche pourrait aider à la conception assistée par ordinateur de matériaux photovoltaïques organiques.