卟啉類敏化劑和空穴傳輸材料的理論計(jì)算與分子設(shè)計(jì).pdf

1、為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，太陽能電池是目前各國(guó)的研究熱點(diǎn)。本論文從理論計(jì)算與分子設(shè)計(jì)角度，研究了染料敏化太陽能電池的關(guān)鍵——敏化劑，和鈣鈦礦太陽能電池的關(guān)鍵——空穴傳輸層。本論文以密度泛函理論為基礎(chǔ)，采用 Gaussian09軟件包和 Multiwfn軟件，一方面，從理論上解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探索構(gòu)效關(guān)系的規(guī)律；另一方面，通過有策略的分子設(shè)計(jì)，驗(yàn)證規(guī)律，并篩選出有潛力的分子,供合成實(shí)驗(yàn)研究。
　　對(duì)卟啉敏化染料的研究發(fā)現(xiàn)，較強(qiáng)的供電基團(tuán)有助于電荷

2、傳輸，可以提升DSSC的效率；但極強(qiáng)的供電基團(tuán)，將導(dǎo)致染料的HOMO能級(jí)高于電解質(zhì)溶液(I-/I3-)的能級(jí)，以致于氧化態(tài)染料無法被還原再生，電流無法形成閉合回路；烷基鏈長(zhǎng)度的增加不影響能級(jí)分布，但適宜長(zhǎng)度的烷基鏈有助于促進(jìn)有效激發(fā)，提高短路電流；過低的LUMO能級(jí)將顯著降低開路電壓使電池效率大幅下降；新設(shè)計(jì)的三種D-π-A型卟啉分子LP-2（四苯基卟啉為供電基團(tuán)，β位引入苯并噻二唑和乙烯基為π橋、以羧基為錨定基團(tuán)）、LP-4（四苯基卟

3、啉為供電基團(tuán)，β位引入炔基、苯并噻二唑和苯基為π橋、以羧基為錨定基團(tuán)）、LP-8（三苯基卟啉為供電基團(tuán)，meso位引入苯并噻二唑和乙烯基為π橋、以羧基為錨定基團(tuán)）比較有潛力成為高效敏化劑。
　　對(duì)空穴傳輸材料的研究發(fā)現(xiàn)，新設(shè)計(jì)的分子4-分子7（共軛核心分別是二乙烯基、二乙烯基二噻吩二乙烯基、三噻吩基，端位都是三芳胺取代基）、分子8-分子10（均以芘環(huán)為共軛核心，分別含有一個(gè)、兩個(gè)和四個(gè)二噻吩二芳胺作為端位取代基）、分子12（以芘環(huán)

4、二噻吩芘環(huán)為共軛核心，含有四個(gè)二芳胺作為端位取代基）符合能級(jí)要求，通過篩選；將苯環(huán)替換為噻吩環(huán)，或增加乙烯基橋的數(shù)目，或增加二芳胺取代基數(shù)目，減少芘環(huán)數(shù)目，可以提高HOMO能級(jí)，但會(huì)增大重組能。
　　本論文首次采用廣義緊縮福井函數(shù)來精確地定量化比較不同供電基團(tuán)的供電能力，還首次將Tangui Le Bahers模型應(yīng)用于研究卟啉類敏化劑的電荷傳輸過程；從分子的電子結(jié)構(gòu)與電子性質(zhì)的角度，對(duì)卟啉類敏化劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予了較為合理的解釋；