卟啉類(lèi)太陽(yáng)能電池敏化劑的理論研究.pdf

1、卟啉類(lèi)化合物在染料敏化太陽(yáng)能電池敏化劑方面存在著巨大的應(yīng)用潛力。本論文使用量子化學(xué)方法研究了系列卟啉化合物分子結(jié)構(gòu)與分子性能之間的構(gòu)效關(guān)系,初步建立了一種能夠預(yù)測(cè)卟啉類(lèi)化合物分子特定性質(zhì)的新方法,并設(shè)計(jì)出可能比已有文獻(xiàn)報(bào)道的敏化劑性能更好的卟啉類(lèi)敏化劑候選體分子,進(jìn)一步用于發(fā)展較高光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽(yáng)能電池。
　　本論文作為國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.20501011)的部分工作,在以下四個(gè)方面的研究工作中獲得了一些有意

2、義的研究結(jié)果:
　　1.四苯基卟啉鋅類(lèi)敏化劑的理論研究
　　采用密度泛函B3LYP方法和6-31G(D)基組分別計(jì)算了四苯基卟啉鋅和A-I9種含有羧基的小分子受體的分子軌道能級(jí),篩選出了合適的電子供受體對(duì)敏化劑候選體分子。然后在 B3LYP/LANL2DZ水平上探討了分子軌道能級(jí)以及電子吸收光譜和敏化劑分子性能之間的關(guān)系;結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)分子的軌道能級(jí)差(HOMO-LUMO)越小,分子的光電轉(zhuǎn)化效率越高。結(jié)果表明:

3、利用分子軌道能級(jí)篩選敏化劑候選體的思路是可行的。
　　2.卟啉分子取代基效應(yīng)的理論研究
　　在密度泛函B3LYP/6-31G(D)水平上計(jì)算了卟吩、11種橋碳取代氫卟啉分子以及9種含有羧基的小分子受體的分子軌道能級(jí),研究了不同取代基對(duì)分子軌道能級(jí)變化的影響。從中篩選出了合適的電子供受體對(duì)來(lái)做為卟啉類(lèi)敏化劑候選體。結(jié)果表明:分子的HOMO、LUMO軌道能級(jí)隨著取代基供電子性質(zhì)的增強(qiáng)依次升高;篩選出的取代卟啉類(lèi)敏化劑敏化太陽(yáng)能電

4、池的光電轉(zhuǎn)換效率很有可能超過(guò)ZnTPPG的7.1％。
　　3.炔基橋連三苯基卟啉鋅類(lèi)化合物的理論研究
　　采用密度泛函B3LYP方法和3-21G*基組分別計(jì)算了三苯基卟啉鋅(ZnTriPP)和A-T20種含有炔基的受體小分子的分子軌道能級(jí),篩選出了合適的電子供受體對(duì)敏化劑候選體分子。結(jié)果表明:設(shè)計(jì)篩選的部分炔基橋連卟啉類(lèi)敏化劑候選體的軌道能級(jí)差較小,光電轉(zhuǎn)換效率很有可能超越最好的炔基橋連卟啉類(lèi)敏化劑6.0%的光電轉(zhuǎn)換效率。<

5、br>　　4.新型炔基橋連卟啉類(lèi)敏化劑候選體的理論研究
　　采用密度泛函B3LYP方法和3-21G*基組研究了以二芳氨、對(duì)甲苯、羥基以及氨基取代卟啉鋅做為電子供體,篩選出的5種含炔基小分子做為電子受體形成的電子供受體對(duì)敏化劑分子的電子結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):敏化劑候選體分子的軌道能級(jí)差均較小,電子吸收光譜明顯紅移,其中氨基取代卟啉鋅類(lèi)化合物是最好的敏化劑候選體體系。氨基取代卟啉鋅類(lèi)敏化劑候選體分子敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率均可