اثر همیاری بین رنگ‌های استخراج شده از گلبرگ و پرچم گل زعفران برای حساس‌سازی نانودرات TiO2 جهت به دام انداختن نور

این مطالعه برای اولین بار پتانسیل رنگ‌های طبیعی استخراج شده از پرچم و گلبرگ زعفران بیرجند را به عنوان هم-حساس‌کننده در سل‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ بررسی می‌کند. هدف ما بررسی خواص فوتوالکتروشیمیایی این رنگ‌ها و تعیین وجود اثر همیاری هنگام استفاده همزمان از آن‌ها است. تجزیه و تحلیل DRS UV-Vis نشان داد که رنگ حاصل از پرچم زعفران یک پیک جذبی در حدود 450 نانومتر تولید می‌کند، در حالی که رنگ حاصل از گلبرگ‌ها پیکی در حدود 625 نانومتر نشان داد. هنگامی که مخلوطی از رنگ‌ها جذب شد، فیلم حاصل دو پیک جذبی مجزا را نمایش داد که نشان می‌دهد هر دو رنگ با موفقیت هم-جذب شده و به طور جمعی محدوده جذب فیلم TiO2 را از 375 نانومتر تا 750 نانومتر گسترش دادند. عملکرد فوتوالکتروشیمیایی سل‌های خورشیدی حساس‌شده با رنگ ارزیابی شد. سل حساس‌شده با عصاره مخلوط رنگ، بازده تبدیل انرژی (η) به طور قابل توجهی بالاتری در مقایسه با سل‌های حساس‌شده با عصاره‌های جداگانه پرچم و گلبرگ نشان داد. به طور قابل توجه، بازده سل هم-حساس‌شده 46٪ بالاتر از برهم‌نهی خطی بازده‌های سل‌های جداگانه بود. این اثر غیرخطی یک برهم‌کنش همیاری بین رنگ‌ها را تأیید می‌کند، که در آن عملکرد ترکیبی آن‌ها بیشتر از مجموع سهم‌های فردی آن‌ها است. این اثر همیاری احتمالاً به دلیل انتقال انرژی کارآمدتر و جمع‌آوری نور بهبود یافته در سراسر طیف جذب گسترده‌تر است. داده‌های طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) بیشتر از این یافته حمایت کرد. نمودارهای نایکویست EIS یک نیم‌دایره منحرف شده برای هر سل نشان دادند، که فرکانس مشخصه برای طول عمر الکترون به ترتیب برای سل‌های پرچم، گلبرگ و مخلوط رنگ 14.3 هرتز، 20.3 هرتز و 4.9 هرتز بود. این فرکانس‌ها مربوط به طول عمر الکترون تقریباً 70 میلی‌ثانیه، 50 میلی‌ثانیه و 200 میلی‌ثانیه است. طول عمر الکترون به طور قابل توجهی طولانی‌تر در سل هم-حساس‌شده نشان می‌دهد که هم-جذب رنگ‌های پرچم و گلبرگ زعفران به طور مؤثر نرخ بازترکیب الکترون‌ها را کاهش می‌دهد که به عملکرد بهبود یافته کمک می‌کند.

This study investigates, for the first time, the potential of natural dyes extracted from the stigma and petals of Birjand saffron as co-sensitizers in DSSCs. We aim to explore the photoelectrochemical properties of these dyes and determine if a synergistic effect exists when they are used together. UV-Vis DRS analysis revealed that the dye from saffron stigma produced an absorption peak around 450 nm, while the dye from the petals showed a peak around 625 nm. When a mixture of the dyes was adsorbed, the resulting film displayed two distinct absorption peaks, demonstrating that both dyes successfully co-adsorbed and collectively broadened the absorption range of the TiO2 film from 375 nm to 750 nm. The photoelectrochemical performance of the DSSCs was evaluated. The cell sensitized by the mixed dye extract exhibited a significantly higher energy conversion efficiency (η) compared to the cells sensitized by the individual stigma and petal extracts. Notably, the efficiency of the co-sensitized cell was 46% higher than the linear superposition of the individual cell efficiencies. This non-linear effect confirms a synergistic interaction between the dyes, where their combined performance is greater than the sum of their individual contributions. This synergistic effect is likely due to more efficient energy transfer and enhanced light harvesting across the broader absorption spectrum. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) data further supported this finding. The EIS Nyquist plots showed a deviated semicircle for each cell, with the characteristic frequency for electron lifetime being 14.3 Hz, 20.3 Hz, and 4.9 Hz for the stigma, petal, and mixed-dye cells, respectively. These frequencies correspond to electron lifetimes of approximately 70 ms, 50 ms, and 200 ms. The significantly longer electron lifetime in the co-sensitized cell indicates that the co-adsorption of the saffron stigma and petal dyes effectively reduces the recombination rate of electrons, contributing to the enhanced performance.