本文關(guān)鍵詞：有機(jī)染料敏化分子設(shè)計(jì)和理論研究

  更多相關(guān)文章： 染料敏化太陽(yáng)能電池 有機(jī)染料敏化劑 密度泛函 光電性質(zhì)

【摘要】：有機(jī)染料敏化劑在染料敏化太陽(yáng)能電池方面存在著巨大的應(yīng)用潛力,本文采用量子化學(xué)方法的密度泛函理論(DFT)和含時(shí)密度泛函理論(TD-DFT)設(shè)計(jì)并研究了D-π-A型及D-A-π-A型有機(jī)染料敏化分子,從染料分子的幾何和電子結(jié)構(gòu)、吸收光譜、染料吸附后導(dǎo)帶能級(jí)移動(dòng)及量子動(dòng)力學(xué)等方面評(píng)價(jià)敏化劑對(duì)電池的光捕獲效率及電子注入的影響,探討敏化劑分子結(jié)構(gòu)和分子性能之間的關(guān)系,篩選出具有很大應(yīng)用潛力的光敏化劑。本論文在以下三個(gè)方面的研究工作中獲得了一些有意義的研究成果:1.并苯類(lèi)染料敏化劑的理論研究我們利用密度泛函理論方法研究了并四苯和并五苯作為橋鏈,供體在π橋上的不同的位置對(duì)染料敏化分子光電學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明隨著并苯環(huán)的增多,共軛程度增大,吸收波長(zhǎng)發(fā)生紅移;同時(shí),染料供體在π橋上不同位置時(shí),并苯單元的最高占有軌道(HOMO)上的電子云分布(MOC)不同,電子云分布在并苯π橋鏈上所占比例越大將會(huì)導(dǎo)致染料分子吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波區(qū)域拓展,所以當(dāng)供體在并苯π橋鏈的中心位置時(shí),較同系列的其他構(gòu)型,吸收波長(zhǎng)明顯紅移。最后我們又采用并六苯作為π橋鏈對(duì)所得結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。2.D-A-π-A型染料敏化劑的理論研究為了拓展染料分子的光響應(yīng)范圍,我們?cè)O(shè)計(jì)了一系列苯并噻二唑衍生物作為輔助受體的染料敏化分子,研究了不同輔助受體對(duì)染料分子軌道能級(jí)以及吸收光譜的影響。通過(guò)計(jì)算敏化劑的吸收光譜,染料吸附半導(dǎo)體(TiO2)38前后的態(tài)密度以及電子注入吉布斯自由能、激發(fā)態(tài)壽命等光電學(xué)參數(shù),并與最近實(shí)驗(yàn)上已合成的光電轉(zhuǎn)化效率較高的D-A-π-A型純有機(jī)染料WS-9進(jìn)行比較,篩選出光電性能優(yōu)異的染料敏化劑。研究結(jié)果表明:分子的HOMO-LUMO能隙會(huì)隨著輔助受體上雜原子電負(fù)性減小和原子半徑增大而變窄,使得吸收波長(zhǎng)在750-1950nm范圍內(nèi)波動(dòng),相比于WS-9(536nm)發(fā)生明顯紅移,并通過(guò)對(duì)偶極矩,激發(fā)態(tài)壽命,染料吸附后導(dǎo)帶能級(jí)移動(dòng)以及電子注入能與重組能的評(píng)估,獲得了比WS-9較好的光電參數(shù),因此推測(cè),這些設(shè)計(jì)的染料分子將成為染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域中具有很大潛力的光敏劑。3.苯并噻二唑衍生物首次作為染料鉚接基團(tuán)的理論研究我們首次提出將苯并噻二唑衍生物作為染料敏化劑的鉚接基團(tuán),并與目前廣泛使用的氰基丙烯酸基團(tuán)進(jìn)行對(duì)比研究。研究表明:用苯并噻二唑衍生物作為鉚接基團(tuán)可將染料敏化劑的吸收波長(zhǎng)拓展至近紅外區(qū),極大拓寬了吸收光譜。更重要的是,我們通過(guò)量子動(dòng)力學(xué)對(duì)染料電子注入現(xiàn)象進(jìn)行模擬研究,發(fā)現(xiàn)染料SPN和SPS在前15fs之內(nèi)可將90%的光生電子注入至半導(dǎo)體TiO2上,在100fs之內(nèi)光生電子完全注入,達(dá)到極高的電子注入效率。這一現(xiàn)象表明苯并噻二唑衍生物將很可能成為非常有潛力的甚至優(yōu)于氰基丙烯酸的染料鉚接基團(tuán)。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽(yáng)能電池 有機(jī)染料敏化劑 密度泛函 光電性質(zhì)
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第1章 前言12-19
• 1.1 研究背景12
• 1.2 太陽(yáng)能電池12-13
• 1.3 染料敏化太陽(yáng)能電池13-14
• 1.4 染料敏化劑14-16
• 1.4.1 金屬配合物染料敏化劑15
• 1.4.2 純有機(jī)敏化劑15-16
• 1.5 第一性原理計(jì)算16-17
• 1.6 本文研究?jī)?nèi)容及意義17-19
• 第2章 并苯類(lèi)染料敏化劑理論研究19-38
• 2.1 研究背景與染料設(shè)計(jì)19-20
• 2.2 理論計(jì)算20-22
• 2.3 結(jié)果與討論22-37
• 2.3.1 分子構(gòu)型22-23
• 2.3.2 電子結(jié)構(gòu)23-26
• 2.3.3 染料分子光學(xué)性質(zhì)26-30
• 2.3.4 染料分子與半導(dǎo)體二氧化鈦體系30-32
• 2.3.5 規(guī)律驗(yàn)證（基于并六苯的染料分子性質(zhì)計(jì)算）32-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 D-A-π-A型染料敏化劑的理論研究38-53
• 3.1 研究背景與染料設(shè)計(jì)38-39
• 3.2 理論計(jì)算39-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-52
• 3.3.1 分子構(gòu)型41-42
• 3.3.2 電子結(jié)構(gòu)42-44
• 3.3.3 染料分子光學(xué)性質(zhì)分析44-46
• 3.3.4 染料分子與半導(dǎo)體二氧化鈦結(jié)合46-49
• 3.3.5 染料敏化太陽(yáng)能電池電池參數(shù)分析49-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第4章 苯并噻二唑衍生物作為染料鉚接基團(tuán)的理論研究53-65
• 4.1 研究背景與染料設(shè)計(jì)53-54
• 4.2 理論計(jì)算54-55
• 4.3 結(jié)果與討論55-62
• 4.3.1 染料分子性質(zhì)分析55-58
• 4.3.2 染料分子與二氧化鈦結(jié)合體系58-59
• 4.3.3 電子注入性能評(píng)估59-62
• 4.4 多環(huán)基團(tuán)位置對(duì)比62-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 第5章 總結(jié)與展望65-68
• 5.1 總結(jié)65-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-82
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開(kāi)發(fā)表的論文82-83
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間所作的項(xiàng)目83-84
• 致謝84

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 何俊杰;陳舒欣;王婷婷;曾和平;;有機(jī)染料敏化劑分子設(shè)計(jì)新進(jìn)展[J];有機(jī)化學(xué);2012年03期

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本文編號(hào)：824432