本文關(guān)鍵詞：理論設計新型染料分子以改善染料敏化太陽能電池性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：染料敏化太陽電池由于具有成本低廉、染料易合成以及轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，最近這些年備受關(guān)注。盡管自從它的出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)取得重大的進步，但是現(xiàn)在基于金屬釕配合物制成的染料敏化太陽能電池的效率僅僅達到12%左右。最近，作為釕染料替代物的非金屬或自然染料受到了更大的關(guān)注，主要由于他們更加地環(huán)保。雖然基于非金屬有機光敏染料的染料敏化太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率略低于或等于基于金屬釕配合物的染料敏化太陽電池，但是它們?nèi)钥梢员徽J為是新一代的電池材料。最近這些年，染料敏化太陽能電池的性能在實驗和理論上都得到了較大的提升，據(jù)報道有機染料敏化太陽能電池的效率已經(jīng)達到了9.8%�？墒侨匀挥泻艽蟮目臻g提升他們的效率。為了使染料敏化太陽能電池的效率得到提升，選擇合適的染料分子是非常重要的。量子化學方法的完善（特別是密度泛函理論和含時密度泛函理論）和現(xiàn)代快速發(fā)展的計算機科技為合理的評價和設計有機染料分子開啟了大門。 在這篇論文里，我們基于理論的方法設計了一些應用于染料敏化太陽能電池的有機染料。本文一共分為四章，第一章為前言，太陽能電池的概述并簡單介紹了一下染料敏化太陽能電池；第二章為基礎理論方法，主要介紹了分子軌道理論、電子相關(guān)作用、微擾理論、密度泛函理論、電子激發(fā)理論、基組的選擇、吸收光譜。第三章和第四章，為正文部分，主要講述了我們設計的一些有機染料分子，具體研究的內(nèi)容如下： 1.基于染料V5，我們使用理論方法設計了3種非金屬有機染料，分別命名為DPPB、DPPS、DPPO。我們對這些染料的幾何結(jié)構(gòu)、基態(tài)和激發(fā)態(tài)電子結(jié)構(gòu)、偶極距進行了研究。計算結(jié)果表明，在染料DPPO分子橋和電子受體之間的準共軛平面加速了電荷從電子給體向電子受體的遷移，因此提高了以它為材料的電池的效率。和V5染料相比，我們設計的染料分子擁有更小的HOMO-LUMO能量差、更寬和向紅偏移的吸收光譜�？紤]到半導體導帶的遷移對開路電壓的影響，我們所設計的染料將會擁有比V5更大的開路電壓。希望我們目前的研究能夠為了解和設計高效率的染料提供新的視角。 2.利用DFT和TDDFT方法，根據(jù)染料YD2-o-C8我們設計了3種含不同電子受體的卟啉染料，電子受體分別為羧酸、氰基羧酸、氰基肟酸。和染料YD2-o-C8相比，我們所設計的染料擁有更小的HOMO-LUMO能帶差、更寬更強的吸收Q帶。染料Dye2和Dye3與TiO2的耦合作用比染料YD2-o-C8強，而染料Dye1與TiO2耦合作用的強度近似等于YD2-o-C8與TiO2耦合作用的強度。此外，染料Dye2和Dye3電子注入到TiO2的速度都快于YD2-o-C8。以上結(jié)論表明，我們設計的染料尤其是Dye2和Dye3將會比YD2-o-C8擁有更好的效率。此外還能夠得出氰基肟酸是一個比較有前景的電子受體。希望我們的研究能夠為設計新型有效的卟啉染料提供理論基礎。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽電池 有機染料 密度泛函理論 含時密度泛函理論
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4;O621.13
【目錄】：

• 論文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• §1.1 太陽能電池材料的分類11-13
• §1.1.1 無機太陽能電池11-12
• §1.1.2 有機太陽能電池12-13
• §1.2 染料敏化太陽能電池13-16
• §1.2.1 染料敏化太陽能電池的工作原理13-14
• §1.2.2 染料敏化太陽能電池的效率因素14-15
• §1.2.3 染料敏化太陽能電池的核心分子15
• §1.2.4 染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)15-16
• §1.2.5 染料敏化太陽能電池的相關(guān)膜16
• §1.3 研究的意義和內(nèi)容16-19
• 第二章 基礎理論方法19-33
• §2.1 分子軌道理論19-21
• §2.2 電子相關(guān)作用21-26
• §2.2.1 組態(tài)相互作用22-23
• §2.2.2 微擾理論23-26
• §2.3 密度泛函理論26-28
• §2.4 電子激發(fā)態(tài)理論28-29
• §2.5 基組29-31
• §2.5.1 劈裂基組30
• §2.5.2 彌散函數(shù)30-31
• §2.5.3 極化函數(shù)31
• §2.5.4 贗勢基組31
• §2.6 吸收光譜31-33
• 第三章 使用吡咯并吡咯二酮理論設計應用于染料敏化太陽能電池的有機染料33-45
• §3.1 引言33-34
• §3.2 計算方法34-36
• §3.3 結(jié)果與討論36-44
• §3.3.1 染料分子的基態(tài)幾何結(jié)構(gòu)36-38
• §3.3.2 染料分子的前線分子軌道38-41
• §3.3.3 染料分子的吸收光譜41-42
• §3.3.4 電池的總效率42-44
• §3.4 結(jié)論44-45
• 第四章 理論設計應用于染料敏化太陽能電池的含不同電子受體的卟啉染料45-57
• §4.1 引言45-46
• §4.2 計算方法46-48
• §4.3 結(jié)果與討論48-56
• §4.3.1 能級水平48-49
• §4.3.2 前線分子軌道49-51
• §4.3.3 分子的吸收光譜51-54
• §4.3.4 電子的注入54-56
• §4.4 結(jié)論56-57
• 參考文獻57-67
• 個人簡介及攻讀學位期間發(fā)表論文67-69
• 致謝69

【共引文獻】

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本文編號：456773