發(fā)布時間：2020-08-14 17:00

【摘要】：現(xiàn)代社會,能源緊缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為威脅著人類生存的重大問題。太陽能是真正的清潔能源,并且儲量豐富。有機太陽能電池具有制造工藝簡單、成本低廉,長期可持續(xù)等優(yōu)點。目前,有機聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到10%以上,所以研究開發(fā)光電轉(zhuǎn)換效率更高的聚合物太陽能電池具有非常重大的意義。本文的工作是針對苯并噻吩衍生物(TIB)及吩噻嗪衍生物(P1TZ-1)兩種聚合物分子的結(jié)構(gòu)和光電性能開展理論研究。首先用氧、氮、磷、硅和硒原子替代了 TIB分子兩側(cè)對稱位置和P1TZ-1分子受體部分的4個硫原子形成了兩組設(shè)計分子;其次在P1TZ-1分子的受體部分引入并噻吩、三噻吩和四噻吩,再用高性能聚合物分子的受體部分直接替換P1TZ-1分子的受體部分,形成了第3組設(shè)計分子。利用密度泛函DFT對TIB和P1TZ-1分子及其設(shè)計分子的結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換性能的各項參數(shù)進行理論模擬,包括基態(tài)幾何結(jié)構(gòu)、熒光光譜、電荷轉(zhuǎn)移和重組速率等。結(jié)果顯示,TIB-P和TIB-Si的能隙均小于TIB分子,吸收光譜紅移并且熒光壽命變大;P1TZ-a、P1TZ-c、P1TZ-P 和 P1TZ-Si 較 P1TZ-1 分子相比,HOMO 能級較大,LUMO能級較小,吸收光譜紅移,電離能較小,電子親和勢較大。說明TIB-P、TIB-Si、P1TZ-a、P1TZ-c、PITZ-P和PITZ-Si分子較原分子能更好的吸收和利用太陽光,表明適當(dāng)?shù)囊攵噜绶越Y(jié)構(gòu)和原子替代,會對TIB和P1TZ-1分子的光電性能產(chǎn)生積極的影響。通過比對TIB和P1TZ-1及其設(shè)計分子的性能參數(shù),可以為實驗上合成新的聚合物分子提供思路及理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ317;TM914.4
【圖文】：

供體邐受體逡逑圖１－３有機聚合物太陽能電池基本原理圖逡逑聚合物太陽能電池是一種利用有機聚合物為光敏層材料制備的太陽能電池，具有半逡逑導(dǎo)體太陽能電池的部分特性［８］。聚合物太陽能電池的基本原理圖如圖１－３所示。聚合物逡逑太陽能電池的工作過程主要由四個部分組成：（ａ）光子吸收：聚合物從太陽光中吸收能逡逑量后，其中的電子從最高占據(jù)分子軌道（ｈｉｇｈｅｓｔ邋ｏｃｃｕｐｉｅｄ邋ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｏｒｂｉｔａｌ，ＨＯＭＯ）躍逡逑遷到最低未占據(jù)分子軌道（丨ｏｗｅｓｔ邋ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ邋ｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｏｒｂｉｔａｌ，ＬＵＭＯ），電子從逡逑ＨＯＭＯ能級躍遷后，受庫侖力的作用，正、負電荷被聚集在一起形成電子－空穴對（激逡逑子）。（ｂ）激子擴散：激子必須擴散到供體－受體交界面時才能發(fā)生有效的分離，但是激逡逑２逡逑

邐（ｂ）邐（ｃ）逡逑圖１－２邋（ａ）正向器件結(jié)構(gòu)（ｂ）反向器件結(jié)構(gòu)（ｃ）疊層器件結(jié)構(gòu)逡逑聚合物太陽能電池主要分為三種：１．正向常規(guī)太陽能電池，如圖１－２邋（ａ）所示［７］，逡逑它是以氧化銦錫（ＩＴＯ）和導(dǎo)電玻璃為陽極，鋁（Ａ１）為陰極，以及厚度為１００邋ｎｍ的薄逡逑膜組成。在正向常規(guī)太陽能電池中，ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ的主要效果是修飾陽極，而陰極修飾逡逑材料主要為無機金屬氧化物，例如：氧化鋅（ＺｎＯ）和氧化鈦（ＴｉＯｘ）。正向常規(guī)太陽逡逑能電池具有制備簡單的優(yōu)點，但其穩(wěn)定性較差；２．反向器件太陽能電池，如圖１－２邋（ｂ）逡逑所示，陰極為［ＴＯ，陽極用三氧化鉬（Ｍ0０３）代替了正向常規(guī)太陽能電池中的逡逑ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ。反向器件太陽能電池具有性能穩(wěn)定，工作壽命長的優(yōu)點；３．疊層太陽能逡逑電池

ＺＣ１３－Ｃ１４－Ｃ１５－Ｃ１６邐２４．０３５１８邐２４．１１９４２邐２４．１８８６０邐２４．６９５２５邐２４．２６６０９邐２４．３７３２８逡逑ＺＣ１７－Ｃ１８－Ｃ１９－Ｓ２０邐５６．３１００６邐５６．２６６３９邐５６．３９１２８邐５６．３６３１０邐５６．３２５８９邐５６．３３４１０逡逑ＴＩＢ分子及其設(shè)計分子的分子結(jié)構(gòu)圖如圖３－丨所示。利用ＤＦＴ／邋Ｂ３ＬＹＰ／６－３１Ｇ邋（ｄ）逡逑的方法，對ＴＩＢ分子及其設(shè)計分子進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并將基本的結(jié)構(gòu)參數(shù)列在表３－１逡逑－ＩＩ－逡逑

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本文編號：2793301