【摘要】：染料敏化太陽能電池的效率是決定其能否廣泛應用的關鍵因素,而有機染料又是染料敏化太陽能電池的重要組成部分之一。因此,設計新型高效的染料分子是提升染料敏化太陽能電池效率的主要方法。雙供體型有機染料因其具有高振子強度和寬光譜吸收范圍的特性,而得到了廣泛研究。本文以雙供體型結構有機染料為研究對象,設計了一系列性能優(yōu)異的新型有機染料。通過采用密度泛函理論(DFT)和含時密度泛函理論(TDDFT)進一步研究了其光學性質和電子性質,包括幾何結構,分子前線軌道,吸收光譜,光捕獲效率(LHE),篩選出性能優(yōu)良的染料分子將其吸附在TiO_2基底上,進行動力學研究。本文的主要工作如下:(1)基于實驗合成效率為6.79%的WD8有機染料基礎上,通過改變染料的供體和π橋,設計得到新型染料ME301-ME306。通過對其分子結構、分子前線軌道以及紫外可見吸收光譜的研究,相對于WD8,ME306吸收光譜紅移50nm,摩爾消光系數(shù)提高了1倍,最終篩選出高效雙供體型有機染料ME306。(2)為篩選高效雙供體型有機染料,通過修飾供電子基團,得到ME07-ME13系列染料。結果表明,所有設計的染料覆蓋300-800nm的整個可見光吸收光譜。尤其是ME13分子有兩個吸收峰,兩個吸收峰的摩爾系數(shù)在4.645×10~4 M~(-1)·cm~(-1)以上,與ME07-ME12相比,ME13的光吸收面積增加了16.5-19.1%。吸附能計算表明ME13能夠穩(wěn)定地吸附在(TiO_2)_(38)團簇上。(3)通過引入輔助供體基團,設計了雙供體型染料ME101-ME106。將實驗染料WD8及ME101-ME106吸附在TiO_2基底上進行動力學模擬,探究染料吸附體系的光捕獲效率、態(tài)密度、結合能和吸收光譜,計算分析發(fā)現(xiàn),相對于WD8,ME102和ME106這兩種染料吸收光譜整體明顯紅移,摩爾消光系數(shù)的明顯提高,以及超快的電子注入,因此理論上認為這兩種染料可能是潛在高效的染料分子。
【學位授予單位】：中國石油大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4;TQ610.1
【圖文】：

圖 1.1 染料敏化太陽能電池的基本結構[7]Fig. 1.1 The structure of the dye-sensitized solar cellsSSCs 的工作原理Cs 的工作原理（如圖 1.1）可表述為：在光照條件下，TiO2上的射的太陽光，染料分子發(fā)生從基態(tài)至激發(fā)態(tài)的電子躍遷；處于分子和 TiO2相互作用，電子快速注入到 TiO2導帶中，此時染料于氧化狀態(tài)。電子在薄膜內迅速移動，到達膜接觸面的電子迅上，并通過導電基底流向外電路的負載；處于氧化狀態(tài)染料分質還原，形成一個完整的循環(huán)過程。可用如下公式表示[8]：S + hv → S* S* → S++ e－(CB) 3I－+ 2S+→I3－+ 2S e－(CB) = e－(Pt)

章 基于三苯胺的雙供體型有機染料的設an 課題組使用兩個吩噻嗪為電子供體，三苯胺為輔為受體實驗合成了WD8染料，在AM 1.5G全光照下本章選用染料 WD8 為研究基礎，基于輔助受體三苯，通過修飾和替換供體 D 及 π 橋，設計性能更為優(yōu)首先通過替換 WD8 的吩噻嗪供體得到 ME301-ME，獲得染料 ME304-ME306。這些新設計的雙供體型為了預測染料敏化太陽能電池的性能，使用密度泛函（TDDFT）方法來計算染料分子幾何結構，能級和行計算分析，篩選出比 WD8 性能更好的雙供體型有

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本文編號：2729388