【摘要】：有機太陽能電池給受體界面激子復合會影響其光電轉(zhuǎn)換效率,從而影響電池的性能,所以對界面激子復合的研究非常重要。本文以密度泛函理論(density functional theory,DFT)和含時密度泛函理論(time-dependent density functional theory,TDDFT)為理論基礎,對有機太陽能電池給受體界面:有機平面小分子/富勒烯界面并五苯(pentacene)/富勒烯(fullerene,C60),染料分子/富勒烯界面酞菁(phthalocyanine,Pc)/富勒烯,酞菁銅(copper phthalocyanine,Cu Pc)/富勒烯以及有機聚合物/富勒烯界面4-聚噻吩(4-poly thiophene,T4)/富勒烯,6-聚噻吩(6-poly thiophene,T6)/富勒烯進行界面激子復合的理論研究。對給體分子Pentacene,Pc,Cu Pc,T4,T6和受體分子C60分子進行構(gòu)型優(yōu)化,再構(gòu)建并優(yōu)化Pentacene/C60界面、Pc/C60界面、Cu Pc/C60界面、T4/C60界面和T6/C60界面后,進行一系列計算。計算軌道能級并分析。300 K溫度下對五對界面進行玻恩—奧本海默分子動力學模擬,構(gòu)型演化以及軌道能級演化結(jié)果表明五對界面都達到了動力學平衡,說明300 K時五對界面構(gòu)型的穩(wěn)定合理性。通過范圍分割的含時密度泛函理論(range-separated time-dependent density functional theory,range-separated TDDFT),計算不同時刻界面構(gòu)型下的激發(fā)態(tài)能量和電荷密度。通過傅里葉變換公式處理所有動力學構(gòu)型下給受體界面的最低激發(fā)態(tài)能量,得到各個界面的聲子模式,分析了影響五對界面激子復合的主要振動模式。最后通過非絕熱從頭算分子動力學方法計算得出最低激發(fā)態(tài)復合到基態(tài)的時間變化關(guān)系,以此說明界面激子復合。激子復合速率Cu Pc/C60界面的激子復合最快,而Pc/C60和T6/C60界面的激子復合最慢。研究結(jié)果表明,Pentacene/C60界面激子復合不會對太陽能電池的性能產(chǎn)生影響,金屬銅會大大加速激子的復合,增加聚合物的聚合度可以減慢激子復合。
[Abstract]:Organic solar cells give acceptor interface exciton recombination will affect its photoelectric conversion efficiency, thus affecting the performance of the battery, so the study of interface exciton recombination is very important. This paper is based on density functional theory (density functional theory,DFT) and time-dependent density functional theory (time-dependent density functional theory,TDDFT). For organic solar cells, the receptor interface: organic plane small molecule / fullerene interface pentaphenyl (pentacene) / fullerene (fullerene,C60), dye molecule / fullerene interface phthalocyanine (phthalocyanine,Pc) / fullerene, The interfacial exciton recombination of copper phthalocyanine (copper phthalocyanine,Cu Pc) / fullerene and organic polymer / fullerene interfacial 4-polythiophene (4-poly thiophene,T4) / fullerene 6-polythiophene (6-poly thiophene,T6) / fullerene was studied theoretically. The configuration of donor molecule Pentacene,Pc,Cu Pc,T4,T6 and receptor molecule C60 was optimized, and a series of calculations were carried out after the Pentacene/C60 interface was constructed and optimized, the interface of Cu Pc/C60 and the interface of T 4 / C 60 and C 60 were optimized. The calculation of orbital energy levels and the analysis of five pairs of interfaces at .300K are carried out in the Boson-Oppenheimer molecular dynamics simulation. The results of configuration evolution and orbital energy level evolution show that the five pairs of interfaces have achieved dynamic equilibrium. The stability and rationality of the five pairs of interfacial configurations at 300 K are demonstrated. The time-dependent density functional theory (range-separated time-dependent density functional theory,range-separated TDDFT),) is used to calculate the excited state energy and charge density at different time interface configurations. Using Fourier transform formula to deal with the lowest excited state energy of the acceptor interface under all dynamic configurations, the phonon modes of each interface are obtained, and the main vibration modes affecting the recombination of five excitons are analyzed. Finally, the time-varying relationship between the lowest excited state and the ground state is calculated by using the non-adiabatic ab initio molecular dynamics method, which explains the interfacial exciton recombination. The exciton recombination rate at Cu Pc/C60 interface is the fastest, and the exciton recombination at Pc/C60 and T6/C60 interface is the slowest. The results show that the interfacial exciton recombination at Pentacene / C60 interface has no effect on the performance of solar cells. Metal copper can accelerate exciton recombination greatly and increase polymerization degree of polymer can slow down exciton recombination.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4

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