喹啉類(lèi)有機(jī)染料敏化劑光電性質(zhì)的理論研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(DSC)作為一個(gè)新型的光電電池，由于其制作簡(jiǎn)單，成本低廉，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，引起了全球科研人員的廣泛關(guān)注。然而，目前染料敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍然不夠高，還不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)，現(xiàn)在染料敏化太陽(yáng)能電池研究的焦點(diǎn)是如何提高光電轉(zhuǎn)換效率。已有的研究表明染料敏化劑的性能對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率有重大影響。
　　 為了深入的了解染料敏化劑不同共軛橋的性質(zhì)和染料敏化劑的光電性質(zhì)，用密度泛函理論計(jì)算了10種喹啉染料的幾

2、何結(jié)構(gòu)、電荷分布，結(jié)合含時(shí)密度泛函方法研究在連續(xù)極化模型(PCM)溶劑中的吸收光譜和熒光光譜。通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)分析了共軛橋?qū)Ψ肿榆壍滥堋晒鈮勖?、激子結(jié)合能、光收集效率(LHE)、電子注入的自由能的變化（△Ginject）和染料再生自由能的變化的影響（△Gregendye）。
　　 以染料敏化劑C1-1為代表，首先，優(yōu)化其氣相中的分子結(jié)構(gòu)。第二，在優(yōu)化好的氣相分子的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化在溶液中分子結(jié)構(gòu)。第三，在上一步的基礎(chǔ)上，用含時(shí)密度

3、泛函方法計(jì)算C1-1染料的吸收光譜。計(jì)算時(shí)溶劑效應(yīng)采用連續(xù)極化介質(zhì)模型(PCM)，結(jié)合不同的泛函來(lái)計(jì)算了吸收譜，CAM-B3LYP泛函計(jì)算的值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值非常接近，所以我們就選擇CAM-B3LYP泛函來(lái)計(jì)算所有的喹啉染料的分子的幾何結(jié)構(gòu)，電荷分布，吸收光譜和熒光光譜。
　　 通過(guò)分析自然鍵軌道，隨著受體上的電荷分布越多則開(kāi)路電壓（Voc）就越大，這意味著要想增大太陽(yáng)能電池的Voc可以在受體部分引入強(qiáng)的吸電子基團(tuán)。通過(guò)吸收光譜和分

4、子軌道分析，分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程中喹啉基是有效的發(fā)色團(tuán)，在太陽(yáng)能染料電池中起到電子注入的作用。
　　 計(jì)算結(jié)果的分析表明，不斷增長(zhǎng)的共軛橋連將會(huì)產(chǎn)生大的振子強(qiáng)度、高的光捕獲效率、絕對(duì)值大的△Ginject、長(zhǎng)的熒光壽命和不斷減小的激子的結(jié)合能(EBE)、△Gregendye。因此，在D-π-A型染料敏化劑中，延長(zhǎng)帶有噻吩的共軛橋長(zhǎng)度，可以有效地增加光的捕獲率，也會(huì)增大電子的注入速度以此增大△Ginject。有趣的是EBE與LHE正