【摘 要】
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有机染料是有机染料敏化太阳能电池的重要组成部分,性能优异的染料分子有利于染料电池性能的提高。因此设计高效的有机染料分子是提高染料敏化太阳能电池效率的重要手段。D-A
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有机染料是有机染料敏化太阳能电池的重要组成部分,性能优异的染料分子有利于染料电池性能的提高。因此设计高效的有机染料分子是提高染料敏化太阳能电池效率的重要手段。D-A-π-A作为一种高效的有机染料获得了广泛的关注与研究。本文设计了多种D-A-π-A型有机染料,利用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)计算分子的电子结构、能级、吸光性能等,并对其激发态进行了计算分析。本文的主要内容为以下三部分:(1)针对康雄武等人在实验上合成的高效D-A-π-A型有机染料JZ145,通过改变分子的辅助受体、p桥和受体,设计了SPL201-SPL213染料。计算结果表明SPL212不但使吸收光谱发生很大程度的红移,光谱范围涵盖整个可见光区并且拓宽到1200nm,并且消光系数有很大程度提高。SPL212具有较长的激发态寿命以及较好的吸光性能,因此可能成为一种潜在高效的有机染料分子。(2)-CN是一种强吸电子基团可以与羧酸结合作为D-A-π-A型有机染料染料分子的受体。以JZ145为模型,设计了三种分别不含-CN、含有一个-CN、含有两个-CN的D-A-π-A有机染料分子ME15-ME17。计算分析发现,D-A-π-A型有机染料中的单-CN羧酸受体更有利于分子内电荷转移以及电子注入到二氧化钛半导体。(3)针对D-A-π-A型有机染料的辅助受体进行了设计和理论研究。首先设计了长波长吸收D-A-π-A型有机染料ME31-ME34,实验结果表明ME31、ME33和ME34最大吸收峰在红外光区,并且都具有较高的消光系数,是性能优异的长波长吸收染料。另外,对含有不同卤族元素辅助受体进行理论计算,结果表明卤族元素对染料分子的光电性能影响不大,辅助受体设计中推荐使用F元素。
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