鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料的動力學(xué)模擬.pdf

1、鈣鈦礦太陽電池作為一種新型全固態(tài)薄膜電池，因其效率發(fā)展之快而成為可再生能源領(lǐng)域的研究熱點?？昭▊鬏敳牧鲜菢?gòu)成鈣鈦礦太陽電池的重要組分之一，具有優(yōu)化界面、調(diào)節(jié)能級匹配性等作用，有助于獲得更高的能量轉(zhuǎn)化效率。雖然spiro-OMeTAD具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但其制備困難、價格昂貴，因此研究者們試圖尋找廉價高效的空穴傳輸材料來代替spiro-OMeTAD。長期以來，聚噻吩類空穴傳輸材料因其具有良好的成膜性和較高的空穴遷移率，以及良好的分子設(shè)

2、計特性等特點而受到了廣泛關(guān)注。硫原子的引入、取代基鏈的長度以及分子鏈總體的長度等因素均可以顯著影響分子間作用力從而影響材料的堆積方式，最終影響電荷傳輸速率。一方面，由于晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)有限，對空穴傳輸材料分子結(jié)構(gòu)-空間堆積模式-電荷遷移率關(guān)系的研究形成了阻礙，從而限制了高載流子傳輸效率材料的合理設(shè)計;另一方面，深入探討聚噻吩類分子結(jié)構(gòu)變化與其組裝形式間的關(guān)系是從根本上研究該類材料電荷傳輸效率提高的必然途徑。此外，重整能是計算電荷轉(zhuǎn)移速率的關(guān)

3、鍵參數(shù)，重整能越小，則對電荷轉(zhuǎn)移速率越有利。分子堆積使得體系分子的扭轉(zhuǎn)角相對于孤立分子改變較少，重整能降低。因此本工作以分子動力學(xué)模擬和QM/MM方法為主要研究手段，對不同尺寸以及噻吩環(huán)側(cè)鏈無取代、甲基(-CH3)取代和乙基(-C2H5)取代的聚噻吩體系進行了系統(tǒng)的動力學(xué)(MD)模擬研究和體系重整能的計算，旨在明確:(1)從隨機分布的初始結(jié)構(gòu)出發(fā)尋找聚噻吩類有機光電材料空間堆積模式的新途徑;(2)不同長度聚噻吩體系分子自組裝的特點和側(cè)鏈

4、取代對體系自組裝的影響規(guī)律;(3)分子尺寸和取代基的引入對結(jié)構(gòu)重整能的影響規(guī)律。
　　本論文的第一部分首先對本工作的背景和研究現(xiàn)狀進行系統(tǒng)總結(jié)。第二部分則主要對分子動力學(xué)方法和量子力學(xué)方法進行系統(tǒng)介紹。
　　第三到第五部分為論文主體。其中，第三部分以動力學(xué)模擬為主要研究手段，構(gòu)建不同長度寡聚噻吩類分子的無定型體系，進行長時間的動力學(xué)模擬，探究其自組裝過程，并與晶體結(jié)構(gòu)進行對比，旨在尋找準確、有效定位有機光電材料空間堆積模式的

5、方法。
　　第四部分探討不同取代基(-CH3、-C2H5)的引入對噻吩類空穴傳輸材料的空間堆積模式影響，分析其組裝形態(tài)，并比較各體系組裝過程的穩(wěn)定性。旨在尋找出噻吩環(huán)側(cè)鏈取代對體系的影響規(guī)律。
　　第五部分采用量子力學(xué)和分子力學(xué)結(jié)合的方法計算重整能，考察鏈彎曲與平直結(jié)構(gòu)對重整能數(shù)值的影響規(guī)律，并探討分子尺寸和不同取代基的引入對體系重整能的影響規(guī)律。第六部分為總結(jié)和展望。
　　本工作探討分子自組裝與宏觀性質(zhì)間的關(guān)系可望從