高效卟啉染料敏化劑分子的光電性質與理論設計.pdf

1、染料敏化太陽能電池是公認的新一代光電電池，由于其制作簡單，成本低廉，用途廣泛而吸引了全球許多研究學者的廣泛關注。研究已經表明染料敏化劑的性質對提高電池的光電轉換效率有重要影響。目前通過對卟啉染料敏化劑分子結構的修飾，其染料敏化太陽能電池的光電轉換效率達到13％。但是卟啉類染料敏化劑的光吸收范圍與太陽光光譜的匹配程度仍然有很大的提升空間，因此，為了進一步提高染料敏化太陽能電池的光電轉換效率，拓寬卟啉類染料敏化劑的光吸收范圍并增強其光吸收強

2、度顯得很有必要。
　　自由基卟啉與氮咔唑卟啉染料敏化劑耦合，可使得光譜獲范圍拓寬到900nm。因此，考慮到自由基卟啉對電子結構及相關性質的影響，本文在已有的染料敏化劑分子DTBC的基礎上，通過改變自由基卟啉的數目，進一步從理論上研究了自由基卟啉對電子結構和相關性質的影響。計算結果表明，隨著自由基卟啉單體數目的增加，提高了最高占據軌道，降低了最低未占據軌道，相應的紅移了吸收帶，增強了光吸收強度。自由能的改變表明，隨著自由基卟啉單體數

3、目的增加，有利于更快的電子注入。躍遷性質和電子軌道特征表明，不同的躍遷性質可能導致不同的躍遷機制。就其電子結構、光吸收譜、光捕獲能力以及自由能的改變來說，設計的染料敏化劑分子DTBC-TP有望成為染料敏化太陽能電池中的高效染料敏化劑分子。
　　本文比較的研究了卟啉染料敏化劑SM315。SM371和YD2-o-C8的電子結構及激發(fā)態(tài)的相關性質。幾何結構參數表明插入BTD基團，延長了共軛橋長度。態(tài)密度的數據表明SM371的給體比YD2

4、-o-C8的給體引入了更多的電子，BTD充當的是受體。光吸收性質說明插入BTD基團拓寬了光吸收范圍。電荷轉移數據表明用己氧基聯(lián)苯胺替代YD2-o-C8的給體，并插入BTD基團有效地提高了這些染料敏化劑激發(fā)態(tài)的電荷轉移特性。電子注入和染料再生自由能的變化表明SM315,SM371,YD2-o-C8都有足夠大的電子注入和染料再生速率。
　　研究已表明H2(TAnP)和H2(TAzP)是全色的染料敏化劑分子，并且H2(TAnP)和H2(

5、TAzP)的光吸收性質受不同位置的替代的影響。本文以H2(TAnP)和H2(TAzP)作為π共軛橋，給體和受體部分與YD2-o-C8相同，設計為D-π-A結構，基于密度泛函理論（DFT）和含時密度泛函理論（TDDFT）計算了電子結構和光吸收等相關性質。計算結果表明H2(TAnP)和H2(TAzP)設計為D-π-A結構后，減小了HOMO-LUMO能隙，紅移了光吸收譜，有足夠大的電子注入和染料再生自由能的改變來確保電子的快速注入和染料的染料