有機聚合物光伏材料的理論研究

【摘要】： 本文用量子化學方法系統(tǒng)地研究了如下3個體系:(1)含苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的共軛聚合物;(2)含苯乙烯共軛支鏈的聚噻吩衍生物;(3)吲哚咔唑-受體交替共軛共聚物 首先,采用密度泛函理論(DFT)B3LYP方法,對聚4,8-雙十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(PBDT),聚4,8-雙十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩交替(2,5)噻吩(PBDTT)及聚4,8-雙十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩交替(2,9)噻吩并[3,4-b]吡嗪(PBDTTPZ)進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算。在優(yōu)化的基礎(chǔ)上,運用含時密度泛函理論(TD-DFT)計算了它們的光學性質(zhì),得到了最低激發(fā)能(Eg),吸收波長及電子相關(guān)性質(zhì)。HOMO和LUMO的能隙就等于LUMO和HOMO之間的能量差。計算結(jié)果與實驗結(jié)果相符得很好,計算結(jié)果也為調(diào)控共軛聚合物的能隙和吸收帶提供了有用的參考。 其次,采用密度泛函理論(DFT)方法和含時密度泛函理論(TD-DFT)方法分別計算了聚[3-(苯乙烯)噻吩](P3PVT)系列:(PEHPVT)n,(PT1)n和(PT4)n的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。聚合物的HOMO-LUMO能隙(△H-L)和最低激發(fā)能(Eg)由外推法得到。結(jié)果表明:共軛聚合物側(cè)鏈能夠調(diào)節(jié)吸收峰和HOMO-LUMO能隙。 最后,采用密度泛函理論(DFT)B3LYP方法,研究了3種吲哚咔唑-受體交替共軛共聚物:聚[2,8-(5,11-二(2-乙基己基)吲哚[3,2-b]并咔唑)-交替-5,7-(2,3-雙十二烷基噻吩[3,4-b]并吡嗪)](P281C-TP12),聚[2,8-(5,11-二(2-乙基己基)吲哚[3,2-b]并咔唑)-交替-5,7-(2,3-二(4-(2-乙基己氧基)苯基)-噻吩[3,4-b]并吡嗪)(P281C-TPO),4,7-聚[2,8-(5,11-二(2-乙基己基)吲哚[3,2-b]并咔唑)-交替-(2,1,3-苯并噻二唑)(P281C-BT)。在中性、陰離子態(tài)和陽離子態(tài)下分別進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算。在優(yōu)化的基礎(chǔ)上應(yīng)用了TD-DFT計算了聚合物的ΔH-L,吸收波長及最低激發(fā)能。采用B3LYP/6-31G*對聚合物陽離子和陰離子進行全優(yōu)化,計算電離勢(IP)和電子親合能(Ea)。 本論文從理論上系統(tǒng)地對一系列共軛聚合物太陽能電池材料的結(jié)構(gòu)和光伏性能有關(guān)的參數(shù)進行了研究和分析。結(jié)果表明含時密度泛函理論結(jié)合密度泛函理論能夠研究共軛聚合物太陽能電池材料,根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì),可設(shè)計新的聚合物太陽能電池材料。 【關(guān)鍵詞】：含時密度泛函理論 吸收波長 能隙 聚合物太陽能電池材料
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：O631.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究背景及方向9
• 1.2 聚合物太陽能電池結(jié)構(gòu)9-10
• 1.3 有機聚合物太陽能電池材料10-17
• 1.3.1 受體材料10-12
• 1.3.2 給體材料12-17
• 第2章 苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩共聚物光伏材料的光電性能的理論研究17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 計算模型和方法17-18
• 2.3 結(jié)果與討論18-29
• 2.3.1 優(yōu)化構(gòu)型18-20
• 2.3.2 HOMO 與LUMO 能隙和最低激發(fā)能20-23
• 2.3.3 前線分子軌道23-26
• 2.3.4 吸收光譜26-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 第3章 含苯乙烯共軛支鏈的聚噻吩衍生物吸收光譜的理論研究30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 計算方法30
• 3.3 結(jié)果與討論30-36
• 3.3.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)30-32
• 3.3.2 HOMO 與 LUMO 能隙和最低激發(fā)能32-34
• 3.3.3 吸收光譜34-36
• 3.4 小結(jié)36-38
• 第4章 吲哚咔唑-受體交替共軛共聚物吸收光譜的理論研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2. 計算方法38
• 4.3. 結(jié)果與討論38-47
• 4.3.1 基態(tài)結(jié)構(gòu)38-42
• 4.3.2 HOMO 與 LUMO 能隙和最低激發(fā)能42-44
• 4.3.3 電離勢和電子親和能44
• 4.3.4 吸收光譜44-47
• 4.4 小結(jié)47-48
• 結(jié)論與展望48-50
• 參考文獻50-56
• 致謝56-57
• 附錄 A57

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