【摘要】：現(xiàn)代社會(huì),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(yáng)能是真正的清潔能源,并且儲(chǔ)量豐富。有機(jī)太陽(yáng)能電池具有制造工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,長(zhǎng)期可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。目前,有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)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(yáng)能電池具有非常重大的意義。本文的工作是針對(duì)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(duì)稱位置和P1TZ-1分子受體部分的4個(gè)硫原子形成了兩組設(shè)計(jì)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(jì)分子。利用密度泛函DFT對(duì)TIB和P1TZ-1分子及其設(shè)計(jì)分子的結(jié)構(gòu)和光電轉(zhuǎn)換性能的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)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(jí)較大,LUMO能級(jí)較小,吸收光譜紅移,電離能較小,電子親和勢(shì)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(yáng)光,表明適當(dāng)?shù)囊攵噜绶越Y(jié)構(gòu)和原子替代,會(huì)對(duì)TIB和P1TZ-1分子的光電性能產(chǎn)生積極的影響。通過比對(duì)TIB和P1TZ-1及其設(shè)計(jì)分子的性能參數(shù),可以為實(shí)驗(yàn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ317;TM914.4
【圖文】：

供體邐受體逡逑圖１－３有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池基本原理圖逡逑聚合物太陽(yáng)能電池是一種利用有機(jī)聚合物為光敏層材料制備的太陽(yáng)能電池，具有半逡逑導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的部分特性［８］。聚合物太陽(yáng)能電池的基本原理圖如圖１－３所示。聚合物逡逑太陽(yáng)能電池的工作過程主要由四個(gè)部分組成：（ａ）光子吸收：聚合物從太陽(yáng)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(jí)躍遷后，受庫(kù)侖力的作用，正、負(fù)電荷被聚集在一起形成電子－空穴對(duì)（激逡逑子）。（ｂ）激子擴(kuò)散：激子必須擴(kuò)散到供體－受體交界面時(shí)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(yáng)能電池主要分為三種：１．正向常規(guī)太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池中，ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ的主要效果是修飾陽(yáng)極，而陰極修飾逡逑材料主要為無機(jī)金屬氧化物，例如：氧化鋅（ＺｎＯ）和氧化鈦（ＴｉＯｘ）。正向常規(guī)太陽(yáng)逡逑能電池具有制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但其穩(wěn)定性較差；２．反向器件太陽(yáng)能電池，如圖１－２邋（ｂ）逡逑所示，陰極為［ＴＯ，陽(yáng)極用三氧化鉬（Ｍ0０３）代替了正向常規(guī)太陽(yáng)能電池中的逡逑ＰＥＤＯＴ：邋ＰＳＳ。反向器件太陽(yáng)能電池具有性能穩(wěn)定，工作壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)；３．疊層太陽(yáng)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(jì)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(duì)ＴＩＢ分子及其設(shè)計(jì)分子進(jìn)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(hào)：2793301