納米晶太陽能電池純有機(jī)染料的理論研究

【摘要】：隨著煤、石油和天然氣等能源的日益枯竭，全球各國家迫切需要尋找新的能源。占地球總能量99%以上的太陽能是沒有污染的一種清潔能源。太陽能轉(zhuǎn)換的形式多種多樣，但核心的一點(diǎn)都是通過光敏材料將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能。自20年前發(fā)明了染料敏化太陽能電池(DSSCS)以來，全球的研究人員一直在努力尋找性能優(yōu)良的光敏劑染料用于DSSCS，以期改善DSSCS的光電轉(zhuǎn)換性能，提高光電能量轉(zhuǎn)換效率。為了降低DSSCS的成本，最近些年眾多研究者們開始關(guān)注使用非金屬有機(jī)光敏劑染料來代替貴金屬配合物。 由于有機(jī)分子結(jié)構(gòu)的多樣性，通過分子修飾有可能調(diào)整分子的電化學(xué)和光物理特性，使之適合于敏化DSSCS。在嘗試合成新型有機(jī)染料分子前，如果能夠在理論上通過對分子進(jìn)行修飾并預(yù)言其性能而設(shè)計(jì)新分子，將是非?？旖莺徒?jīng)濟(jì)的方法。本文通過對目前合成的幾類有機(jī)染料分子的DFT/TDDFT量子化學(xué)分析計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，尋找影響DSSCS光電性能和光電能量轉(zhuǎn)換效率的光敏劑分子的關(guān)鍵指標(biāo)，系統(tǒng)地考察了純有機(jī)染料結(jié)構(gòu)與電池性能之間的構(gòu)效關(guān)系，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)更優(yōu)的光敏染料結(jié)構(gòu)奠定了一定的基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 密度泛函 HOMO能級 吸收光譜 光敏染料
【學(xué)位授予單位】：武漢紡織大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 緒論8-19
• 1.1 課題的背景8
• 1.2 太陽能電池的種類8-10
• 1.2.1 硅材料太陽能電池9-10
• 1.2.2 化合物半導(dǎo)體太陽能電池10
• 1.2.3 染料敏化太陽能電池10
• 1.3 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理10-12
• 1.4 染料敏化劑的基本要求及種類12-13
• 1.4.1 染料敏化劑的基本要求12-13
• 1.4.2 染料敏化劑的種類13
• 1.5 光敏染料的量化分析的理論基礎(chǔ)13-14
• 1.5.1 光敏染料的量化分析的必要性13-14
• 1.5.2 密度泛函理論14
• 1.6 本科研究領(lǐng)域國內(nèi)外的研究動態(tài)及發(fā)展趨勢14-17
• 1.7 課題的研究內(nèi)容及目標(biāo)17
• 1.8 課題的創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 1.9 本章小結(jié)18-19
• 2 三苯胺類染料敏化劑的理論研究19-45
• 2.1 電子給體效應(yīng)19-25
• 2.1.1 含不同電子給體的三苯胺類染料19-20
• 2.1.2 計(jì)算方法20
• 2.1.3 結(jié)果與討論20-25
• 2.2 共軛橋效應(yīng)25-38
• 2.2.1 共軛橋中噻吩環(huán)長度效應(yīng)25-31
• 2.2.2 環(huán)上取代基效應(yīng)31-38
• 2.3 電子受體（吸附基團(tuán)）數(shù)目效應(yīng)38-44
• 2.3.1 含不同電子受體的三苯胺類染料38
• 2.3.2 計(jì)算方法38-39
• 2.3.3 結(jié)果與討論39-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 3 半花菁染料敏化劑的理論研究45-52
• 3.1 半花菁染料和采用的計(jì)算方法45-46
• 3.1.1 半花菁染料45-46
• 3.1.2 計(jì)算方法46
• 3.2 結(jié)果與討論46-51
• 3.2.1 幾何結(jié)構(gòu)46-48
• 3.2.2 電子結(jié)構(gòu)48-49
• 3.2.3 吸收光譜49-50
• 3.2.4 能級與電子注入驅(qū)動力50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 4 方酸類染料敏化劑的理論研究52-59
• 4.1 方酸類染料和采用的計(jì)算方法52-53
• 4.1.1 方酸類染料52
• 4.1.2 計(jì)算方法52-53
• 4.2 結(jié)果與討論53-58
• 4.2.1 幾何結(jié)構(gòu)53-54
• 4.2.2 電子結(jié)構(gòu)54-57
• 4.2.3 吸收光譜57-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 5 四氫喹啉類染料敏化劑的理論研究59-68
• 5.1 四氫喹啉類敏化劑染料59
• 5.2 計(jì)算方法59-60
• 5.3 結(jié)果與討論60-66
• 5.3.1 幾何結(jié)構(gòu)60-62
• 5.3.2 電子結(jié)構(gòu)62-64
• 5.3.3 吸收光譜64-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 6 總結(jié)與展望68-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加科研情況76

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