新型太陽(yáng)能電池受體富勒烯衍生物結(jié)構(gòu)與光電性質(zhì)研究及分子設(shè)計(jì)

【摘要】：近年來(lái)，通過(guò)引入功能性官能團(tuán)調(diào)節(jié)富勒烯分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)及電荷轉(zhuǎn)移效率，提高材料的光電性能是改良材料、探索新型太陽(yáng)能電池材料的重要手段之一。然而，對(duì)于富勒烯材料的結(jié)構(gòu)以及光譜性能、光電轉(zhuǎn)換機(jī)理的關(guān)系還不太明確，相關(guān)方向的理論研究較少。本論文運(yùn)用密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論方法的不同泛函和基組分別計(jì)算了PCBM體系的第一激發(fā)能，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)值選擇了合適的泛函和基組對(duì)該類體系的光譜性質(zhì)進(jìn)行了討論。在此基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了系列不同橋及取代基的富勒烯分子，著重研究了其分子結(jié)構(gòu)與光電性能、結(jié)構(gòu)與載流子傳輸特性及電子結(jié)構(gòu)等之間的關(guān)系，為設(shè)計(jì)合成新型高效聚合物太陽(yáng)能電池受體材料提供了重要的理論依據(jù)。 研究結(jié)果表明：1) TD-O3LYP/6-31G*能夠很好的重復(fù)PCBM及其衍生物的電子吸收光譜，適合用來(lái)研究PCBM系列體系的低激發(fā)態(tài)電子躍遷性質(zhì)；實(shí)驗(yàn)上測(cè)得的最大光電轉(zhuǎn)換效率，波長(zhǎng)為430nm處產(chǎn)生的吸收主要是由苯環(huán)到碳籠的電荷轉(zhuǎn)移(LCT)產(chǎn)生的吸收，是明顯的電荷轉(zhuǎn)移帶。2) PCBM衍生物的吸收光譜的特征受到橋原子的誘導(dǎo)效應(yīng)的影響較小，主要取決于富勒烯籠內(nèi)的π共軛結(jié)構(gòu)的影響。硼橋PC70BM化合物BP7作為受體材料可以從開路電壓以及電子傳輸速率等方面提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能電池 富勒烯 電子吸收光譜 電荷轉(zhuǎn)移 密度泛函理論
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：O641.4;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目錄6-7
• 第一章 緒論7-11
• 1.1 引言7
• 1.2 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理7-8
• 1.2.1 聚合物太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)7-8
• 1.2.2 聚合物太陽(yáng)能電池的工作原理及性能表征8
• 1.3 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池受體材料8-10
• 1.3.1 富勒烯衍生物9-10
• 1.4 研究背景與內(nèi)容10-11
• 第二章 理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法11-21
• 2.1 密度泛函理論11-21
• 2.1.0 Hohenberg Kohn定理11-12
• 2.1.1 Kohn-Sham方程12-14
• 2.1.2 局域密度近似（LDA）14
• 2.1.3 廣義梯度近似（GGA）14-15
• 2.1.4 雜化泛函（H-GGA）15-16
• 2.1.5 含時(shí)密度泛函理論16-21
• 第三章 PCBM 及其衍生物電荷轉(zhuǎn)移態(tài)研究-泛函、基組、溶劑化效應(yīng)評(píng)價(jià)21-32
• 3.1 引言21-22
• 3.2 計(jì)算方法22-23
• 3.3 結(jié)果與討論23-30
• 3.3.1 電子吸收光譜擬合23-28
• 3.3.2 電荷轉(zhuǎn)移激發(fā)態(tài)28-29
• 3.3.3 PCBM衍生物電子吸收光譜性質(zhì)29-30
• 3.4 結(jié)論30-32
• 第四章 新型太陽(yáng)能電池受體 B、N 橋 PCBM 衍生物結(jié)構(gòu)及光物理性質(zhì)研究32-42
• 4.1 前言32-34
• 4.2 計(jì)算方法34
• 4.3 結(jié)果與討論34-41
• 4.3.1 幾何結(jié)構(gòu)34-35
• 4.3.2 前線分子軌道35-40
• 4.3.3 重組能及電子親和勢(shì)40-41
• 4.4 結(jié)論41-42
• 參考文獻(xiàn)42-52
• 致謝52-53
• 在學(xué)期間公開發(fā)表論文及著作情況53

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