本文關(guān)鍵詞：幾個(gè)苯環(huán)芳香化合物的精細(xì)電子光譜及其在染料敏化太陽(yáng)電池中的應(yīng)用

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【摘要】：本文采用密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論中的(TD)B3LYP、(TD)PBE0、(TD)m PW1PW91、(TD)BHand HLYP、(TD)M06L、(TD)M062X、(TD)CAM-B3LYP和(TD)LC-BLYP八種雜化泛函,分別對(duì)吲哚類(lèi)化合物吲哚(indole)、3-甲基吲哚(3-methylindole)、苯并咪唑(benzimidazole)和茚(indene)四個(gè)分子的基態(tài)、第一激發(fā)態(tài)和第二激發(fā)態(tài)的平衡結(jié)構(gòu)、偶極矩、振子強(qiáng)度、絕熱激發(fā)能和振動(dòng)頻率進(jìn)行了計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值和先前的理論值進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比確定最低的激發(fā)態(tài)。在Franck-Condon近似下,模擬了這四個(gè)分子S_0(?)S_1的精細(xì)電子光譜。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比,我們對(duì)實(shí)驗(yàn)中未給出指認(rèn)和不確定的振動(dòng)模進(jìn)行了試探性的指認(rèn)。在理論模擬過(guò)程中考慮了Duschinsky和Herzberg-Teller(HT)效應(yīng)對(duì)這四個(gè)分子的吸收和發(fā)射光譜的影響。同時(shí)分別討論了Duschinsky和HT效應(yīng)對(duì)不同振動(dòng)模的影響。除此之外,對(duì)吲哚和3-甲基吲哚,我們也考慮了非簡(jiǎn)諧振動(dòng)效應(yīng)對(duì)分子光譜的影響。為了探索振動(dòng)效應(yīng)對(duì)光譜和光電轉(zhuǎn)換效率的影響,我們通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)分子NKX-2587橋鏈中五元環(huán)上的雜原子(大小和電負(fù)性)設(shè)計(jì)了一系列的染料分子。我們計(jì)算了與這一系列染料分子開(kāi)路電壓和短路電流相關(guān)的參數(shù),如振子強(qiáng)度、最大吸收波長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)力、偶極矩、轉(zhuǎn)移電荷數(shù)等,同時(shí)將這些參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。我們發(fā)現(xiàn)僅僅改變一個(gè)雜原子也會(huì)影響敏化劑的光電轉(zhuǎn)換效率。為了探索振動(dòng)效應(yīng)對(duì)光捕獲效率的影響,我們對(duì)這五個(gè)分子的精細(xì)電子光譜進(jìn)行了模擬。通過(guò)勢(shì)能面的分析和振動(dòng)模的指認(rèn),我們發(fā)現(xiàn)雜原子的大小和電負(fù)性都會(huì)影響染料分子的光電轉(zhuǎn)換效率,從精細(xì)電子光譜中我們可以清楚的發(fā)現(xiàn)低頻區(qū)的振動(dòng)模對(duì)提高光譜的強(qiáng)度非常重要。為了探索π橋長(zhǎng)度對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響,我們?cè)黾訉?shí)驗(yàn)分子NKX-2587π橋上的噻吩數(shù)目設(shè)計(jì)了一系列染料分子,計(jì)算了與這一系列染料分子開(kāi)路電壓和短路電流相關(guān)的參數(shù),如振子強(qiáng)度、最大吸收波長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)力、偶極矩、轉(zhuǎn)移電荷數(shù)等,同時(shí)將這些參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。同時(shí)也模擬了敏化劑的精細(xì)電子光譜。結(jié)果表明噻吩的數(shù)目對(duì)提高光譜的強(qiáng)度非常重要,同時(shí)敏化劑的結(jié)構(gòu)能夠影響光捕獲效率(LHE)。1.吲哚和3-甲基吲哚1Lb（？）S0精細(xì)電子光譜的研究通過(guò)密度泛函和含時(shí)密度泛函理論的計(jì)算,在Franck-Condon近似下我們模擬了吲哚和3-甲基吲哚的精細(xì)電子光譜,同時(shí)考慮了Duschinsky、Herzberg-Teller(HT)和非諧振效應(yīng)。我們可以清楚的看到理論模擬基本重現(xiàn)了吲哚和3-甲基吲哚實(shí)驗(yàn)光譜中的大部分振動(dòng)躍遷。通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析,我們對(duì)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有指認(rèn)的振動(dòng)模和不確定的振動(dòng)模進(jìn)行了試探性的指認(rèn)。通過(guò)考慮不同效應(yīng)的理論光譜之間的對(duì)比,我們發(fā)現(xiàn)Duschinsky和HT效應(yīng)對(duì)這兩個(gè)分子非常重要,非諧振效應(yīng)的作用相對(duì)較小,僅僅影響了一些振動(dòng)模的位置和強(qiáng)度。除此之外,我們也分別討論了Duschinsky和HT效應(yīng)對(duì)不同振動(dòng)模的影響。2.苯并咪唑和茚1Lb?S0精細(xì)電子光譜的研究在密度泛函和含時(shí)密度泛理論的基礎(chǔ)上,我們計(jì)算了苯并咪唑和茚分子基態(tài)和激發(fā)態(tài)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動(dòng)模的振動(dòng)頻率、偶極矩和振子強(qiáng)度。基于這些參數(shù),在Franck-Condon近似下我們模擬了這兩個(gè)分子的精細(xì)電子光譜,同時(shí)考慮了Duschinsky和HT效應(yīng)。通過(guò)理論模擬光譜與實(shí)驗(yàn)光譜進(jìn)行對(duì)比分析,我們發(fā)現(xiàn)理論模擬可以很好的重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)光譜。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有弄清楚的振動(dòng)模和不確定的振動(dòng)模,可以通過(guò)對(duì)理論光譜中相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)模進(jìn)行試探性的指認(rèn)。在理論模擬過(guò)程中,我們也分別討論了Duschinsky和Herzberg-Teller效應(yīng)對(duì)光譜模擬的影響。結(jié)果表明,對(duì)弱的振動(dòng)躍遷,我們?cè)诶碚撃M過(guò)程中應(yīng)該考慮Duschinsky和HT效應(yīng)的影響。3.不同雜原子的振動(dòng)效應(yīng)對(duì)染料敏化太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響為了探索振動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響,我們通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)分子NKX-2587π橋上的一個(gè)雜原子(大小和電負(fù)性)設(shè)計(jì)了一系列染料分子,并在Franck-Condon近似下對(duì)這些分子的精細(xì)電子光譜進(jìn)行了模擬,同時(shí)考慮了Herzberg-Teller和Duschinsky效應(yīng)。我們使用密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論對(duì)這些分子基態(tài)和激發(fā)態(tài)勢(shì)能面進(jìn)行計(jì)算。詳細(xì)的討論了與短路電流(Jsc)和開(kāi)路電壓(Voc)有關(guān)的參數(shù),如偶極矩(μnormal)、光捕獲效率(LHE)、驅(qū)動(dòng)力(?Ginject)、電子注入導(dǎo)帶的數(shù)量(nc)等等。我們發(fā)現(xiàn),敏化劑分子的結(jié)構(gòu)會(huì)影響光電轉(zhuǎn)換效率。為了探索其中的原因,我們對(duì)這些敏化劑分子的精細(xì)電子光譜進(jìn)行了模擬。通過(guò)振動(dòng)模的分析和勢(shì)能分布的討論。結(jié)果表明低頻率的振動(dòng)模對(duì)提高光譜的強(qiáng)度非常重要,同時(shí)敏化劑的結(jié)構(gòu)能夠影響光捕獲效率(LHE)。在某種意義上,我們希望我們的研究在一定程度上有利于設(shè)計(jì)更好的敏化劑和提高光電轉(zhuǎn)換效率(η)。4.含有不同數(shù)目噻吩的敏化劑對(duì)染料敏化太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響為了探索π橋長(zhǎng)度對(duì)染料敏化太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響,我們?cè)黾訉?shí)驗(yàn)分子NKX-2587π橋上的噻吩數(shù)目設(shè)計(jì)了一系列染料分子,并在Franck-Condon近似下對(duì)這些分子的精細(xì)電子光譜進(jìn)行了模擬,同時(shí)考慮了Herzberg-Teller和Duschinsky效應(yīng)。我們使用密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論對(duì)這些分子基態(tài)和激發(fā)態(tài)頻率和分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。詳細(xì)的討論了與短路電流(Jsc)和開(kāi)路電壓(Voc)有關(guān)的參數(shù),如偶極矩(μnormal)、光捕獲效率(LHE)、驅(qū)動(dòng)力(?Ginject)、電子注入導(dǎo)帶的數(shù)量(nc)等等。我們發(fā)現(xiàn),隨著噻吩數(shù)目的增加短路電流和開(kāi)路電壓都會(huì)隨之增加。為了探索其中的原因,我們對(duì)這些敏化劑分子的精細(xì)電子光譜進(jìn)行了模擬。通過(guò)振動(dòng)模的分析和勢(shì)能分布的討論。結(jié)果表明噻吩的數(shù)目對(duì)提高光譜的強(qiáng)度非常重要,同時(shí)敏化劑的結(jié)構(gòu)能夠影響光捕獲效率(LHE)。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O625;TM914.4

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本文編號(hào)：1191403