卟啉类染料敏化剂和PC_(71)BM的电子结构及相关性质的理论研究

【摘要】染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型半导体光电化学电池,具有制作简单,成本低廉,热稳定性好等优点,吸引了全球许多研究学者的广泛关注。然而,染料敏化太阳能电池光电转换效率仍旧不高,因此科学工作者的研究焦点依旧集中在提高光电转换效率问题上。研究已经证明染料敏化剂的性能对提高电池光电转换效率有重大影响。本文主要应用密度泛函理论和含时密度泛函理论对卟啉敏化剂YD2,YD2-o-C8,YD20,YD21,YD22,2Flu-ZnP-COOH和2Flu-ZnP-CN-COOH的物理性质和光电化学性质进行了计算,包括敏化剂的几何结构,电子结构,吸收光谱等特性。计算表明,YD2-o-C8中与有效电荷转移激发相关的激发态比YD2的多,能够产生更大的电子注入速率,有助于光电流的形成,进而表现出了更好的性能；HSE06泛函是描述带有羧酸基团的吸电子基团的卟啉染料敏化剂激发态的最佳泛函,而CAM-B3LYP泛函则更适合描述带有氰基丙烯酸基团的卟啉的激发态特性；电子受体氰基丙烯酸的吸电子能力比羧酸的强；引入不同的受体可以调控半导体导带边缘从而调节DSSC的开路电压。有机太阳能电池因其潜在的低成本、轻重量、较灵活及可大面积生产等原因在近几十年来一直备受人们的重视。尤其是富勒烯衍生物作为电子受体材料制作成叠层有机太阳能电池器件表现出了较高的光电转换效率。本文主要利用密度泛函理论和含时密度泛函理论对有机太阳能电池受体材料PC71BM两种异构体的分子结构,电子结构,电子吸收光谱,红外拉曼光谱以及极化率和超极化率进行了计算,并对结果进行了分析。发现[6,6]PC71BM和[5,6]PC71BM在红外光谱和拉曼光谱峰处的振动模式非常相似,并且与PC61BM的振动情况相似；[6,6]PC71BM的激子结合能(?)(?)[5,6]PC71BM的激子结合能小,更有利于异质结中的激子分离；PC71BM具有较大的各向同性极化率表示PC71BM比PC61BM在外场和非线性光学特性方面都有更强的响应。
【作者】韩立恒；
【导师】张材荣；
【作者基本信息】兰州理工大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】染料敏化太阳能电池；卟啉敏化剂；吸收光谱；电子受体材料；电子结构；密度泛函理论；

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