【摘要】：染料敏化太陽能電池的效率是決定其能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素,而有機(jī)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(shè)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(jī)染料因其具有高振子強(qiáng)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(jié)構(gòu)有機(jī)染料為研究對象,設(shè)計了一系列性能優(yōu)異的新型有機(jī)染料。通過采用密度泛函理論(DFT)和含時密度泛函理論(TDDFT)進(jìn)一步研究了其光學(xué)性質(zhì)和電子性質(zhì),包括幾何結(jié)構(gòu),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(jìn)行動力學(xué)研究。本文的主要工作如下:(1)基于實(shí)驗(yàn)合成效率為6.79%的WD8有機(jī)染料基礎(chǔ)上,通過改變?nèi)玖系墓w和π橋,設(shè)計得到新型染料ME301-ME306。通過對其分子結(jié)構(gòu)、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(jī)染料ME306。(2)為篩選高效雙供體型有機(jī)染料,通過修飾供電子基團(tuán),得到ME07-ME13系列染料。結(jié)果表明,所有設(shè)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(tuán)簇上。(3)通過引入輔助供體基團(tuán),設(shè)計了雙供體型染料ME101-ME106。將實(shí)驗(yàn)染料WD8及ME101-ME106吸附在TiO_2基底上進(jìn)行動力學(xué)模擬,探究染料吸附體系的光捕獲效率、態(tài)密度、結(jié)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(rèn)為這兩種染料可能是潛在高效的染料分子。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jié)構(gòu)[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(dǎo)帶中，此時染料于氧化狀態(tài)。電子在薄膜內(nèi)迅速移動，到達(dá)膜接觸面的電子迅上，并通過導(dǎo)電基底流向外電路的負(fù)載；處于氧化狀態(tài)染料分質(zhì)還原，形成一個完整的循環(huán)過程�？捎萌缦鹿奖硎綶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(jī)染料的設(shè)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(shí)驗(yàn)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(chǔ)，基于輔助受體三苯，通過修飾和替換供體 D 及 π 橋，設(shè)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(shè)計的雙供體型為了預(yù)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(jié)構(gòu)，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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