發(fā)布時(shí)間：2017-06-17 00:03

  本文關(guān)鍵詞：理論設(shè)計(jì)新型染料分子以改善染料敏化太陽能電池性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：染料敏化太陽電池由于具有成本低廉、染料易合成以及轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，最近這些年備受關(guān)注。盡管自從它的出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)取得重大的進(jìn)步，但是現(xiàn)在基于金屬釕配合物制成的染料敏化太陽能電池的效率僅僅達(dá)到12%左右。最近，作為釕染料替代物的非金屬或自然染料受到了更大的關(guān)注，主要由于他們更加地環(huán)保。雖然基于非金屬有機(jī)光敏染料的染料敏化太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率略低于或等于基于金屬釕配合物的染料敏化太陽電池，但是它們?nèi)钥梢员徽J(rèn)為是新一代的電池材料。最近這些年，染料敏化太陽能電池的性能在實(shí)驗(yàn)和理論上都得到了較大的提升，據(jù)報(bào)道有機(jī)染料敏化太陽能電池的效率已經(jīng)達(dá)到了9.8%�？墒侨匀挥泻艽蟮目臻g提升他們的效率。為了使染料敏化太陽能電池的效率得到提升，選擇合適的染料分子是非常重要的。量子化學(xué)方法的完善（特別是密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論）和現(xiàn)代快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)科技為合理的評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)有機(jī)染料分子開啟了大門。 在這篇論文里，我們基于理論的方法設(shè)計(jì)了一些應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的有機(jī)染料。本文一共分為四章，第一章為前言，太陽能電池的概述并簡單介紹了一下染料敏化太陽能電池；第二章為基礎(chǔ)理論方法，主要介紹了分子軌道理論、電子相關(guān)作用、微擾理論、密度泛函理論、電子激發(fā)理論、基組的選擇、吸收光譜。第三章和第四章，為正文部分，主要講述了我們?cè)O(shè)計(jì)的一些有機(jī)染料分子，具體研究的內(nèi)容如下： 1.基于染料V5，我們使用理論方法設(shè)計(jì)了3種非金屬有機(jī)染料，分別命名為DPPB、DPPS、DPPO。我們對(duì)這些染料的幾何結(jié)構(gòu)、基態(tài)和激發(fā)態(tài)電子結(jié)構(gòu)、偶極距進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明，在染料DPPO分子橋和電子受體之間的準(zhǔn)共軛平面加速了電荷從電子給體向電子受體的遷移，因此提高了以它為材料的電池的效率。和V5染料相比，我們?cè)O(shè)計(jì)的染料分子擁有更小的HOMO-LUMO能量差、更寬和向紅偏移的吸收光譜。考慮到半導(dǎo)體導(dǎo)帶的遷移對(duì)開路電壓的影響，我們所設(shè)計(jì)的染料將會(huì)擁有比V5更大的開路電壓。希望我們目前的研究能夠?yàn)榱私夂驮O(shè)計(jì)高效率的染料提供新的視角。 2.利用DFT和TDDFT方法，根據(jù)染料YD2-o-C8我們?cè)O(shè)計(jì)了3種含不同電子受體的卟啉染料，電子受體分別為羧酸、氰基羧酸、氰基肟酸。和染料YD2-o-C8相比，我們所設(shè)計(jì)的染料擁有更小的HOMO-LUMO能帶差、更寬更強(qiáng)的吸收Q帶。染料Dye2和Dye3與TiO2的耦合作用比染料YD2-o-C8強(qiáng)，而染料Dye1與TiO2耦合作用的強(qiáng)度近似等于YD2-o-C8與TiO2耦合作用的強(qiáng)度。此外，染料Dye2和Dye3電子注入到TiO2的速度都快于YD2-o-C8。以上結(jié)論表明，我們?cè)O(shè)計(jì)的染料尤其是Dye2和Dye3將會(huì)比YD2-o-C8擁有更好的效率。此外還能夠得出氰基肟酸是一個(gè)比較有前景的電子受體。希望我們的研究能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)新型有效的卟啉染料提供理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽電池 有機(jī)染料 密度泛函理論 含時(shí)密度泛函理論
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;O621.13
【目錄】：

• 論文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• §1.1 太陽能電池材料的分類11-13
• §1.1.1 無機(jī)太陽能電池11-12
• §1.1.2 有機(jī)太陽能電池12-13
• §1.2 染料敏化太陽能電池13-16
• §1.2.1 染料敏化太陽能電池的工作原理13-14
• §1.2.2 染料敏化太陽能電池的效率因素14-15
• §1.2.3 染料敏化太陽能電池的核心分子15
• §1.2.4 染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)15-16
• §1.2.5 染料敏化太陽能電池的相關(guān)膜16
• §1.3 研究的意義和內(nèi)容16-19
• 第二章 基礎(chǔ)理論方法19-33
• §2.1 分子軌道理論19-21
• §2.2 電子相關(guān)作用21-26
• §2.2.1 組態(tài)相互作用22-23
• §2.2.2 微擾理論23-26
• §2.3 密度泛函理論26-28
• §2.4 電子激發(fā)態(tài)理論28-29
• §2.5 基組29-31
• §2.5.1 劈裂基組30
• §2.5.2 彌散函數(shù)30-31
• §2.5.3 極化函數(shù)31
• §2.5.4 贗勢(shì)基組31
• §2.6 吸收光譜31-33
• 第三章 使用吡咯并吡咯二酮理論設(shè)計(jì)應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的有機(jī)染料33-45
• §3.1 引言33-34
• §3.2 計(jì)算方法34-36
• §3.3 結(jié)果與討論36-44
• §3.3.1 染料分子的基態(tài)幾何結(jié)構(gòu)36-38
• §3.3.2 染料分子的前線分子軌道38-41
• §3.3.3 染料分子的吸收光譜41-42
• §3.3.4 電池的總效率42-44
• §3.4 結(jié)論44-45
• 第四章 理論設(shè)計(jì)應(yīng)用于染料敏化太陽能電池的含不同電子受體的卟啉染料45-57
• §4.1 引言45-46
• §4.2 計(jì)算方法46-48
• §4.3 結(jié)果與討論48-56
• §4.3.1 能級(jí)水平48-49
• §4.3.2 前線分子軌道49-51
• §4.3.3 分子的吸收光譜51-54
• §4.3.4 電子的注入54-56
• §4.4 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-67
• 個(gè)人簡介及攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文67-69
• 致謝69

【共引文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：理論設(shè)計(jì)新型染料分子以改善染料敏化太陽能電池性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：456773