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摘 要：最近实验报道了D-A1-π-A2 型染料 WS-24 的光电转化效率达到 6.2%，本文改变 A1 受体设计了三种 D-A1-π-A2 新型敏化剂 L1-L3,采用密度泛函理论方法和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算其电子结构并预测其光捕获效率。通过对比实验分析表明，改变中间受体基团的吸电子能力可有效调节LUMO 能级进而改变能隙的大小，从而影响电子吸收光谱及电荷转移特征。与WS-24 相比，以 DPP 噻吩并吡喃为 A1 受体的 L2 和 L3 染料分别红移 65 和 80nm，且具有较强的振子强度。最终影响到 DSSCs的能量转换效率。59415
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毕业论文关键词： DSSCs，D–A–π–A 染料敏化剂，电荷转移，吸收光谱，密度泛函理论
Abstract: Recent experiments reported D - A1 -π- A2 type dye WS - 24 of the photoelectricconversion efficiency of 6.2%, in this paper, design change A1 receptors are three D - A1 -π- A2new sensitizer L1 to L3, by adopting the method of density functional theory and time-dependentdensity functional theory (TD DFT) method to calculate the electronic structure and predict thecapture efficiency of light. By contrast experiment analysis shows that changing receptors amonggroups of electron-withdrawing ability can effectively adjust the LUMO energy levels, in turn,change the size of the energy gap, which affect the electronic absorption spectra and chargetransfer characteristics. Compared withWS - 24, in DPP thiophene and pyran A1 receptors forL2 and L3 dye red shift respectively 65 and 80 nm, and has strong oscillator strength. Ultimatelyaffect the energy conversion efficiency of DSSCs.
Keywords: DSSCs, D–A–π–A dyes, charge transfer, electron absorption spectrum, densityfunctional theory
目录
1前言5
2计算方法.6
3结果与讨论6
3.1几何构型.6
3.2前线分子轨道.7
3.3紫外吸收光谱.9
3.4电荷差分密度11
3.5染料吸附(TiO2)38.12
结论14
参考文献..15
致谢16
1 前言能产生光伏效应的材料被称为光敏材料，太阳能电池正是将光敏材料合理地引入电路制成器件，它能够在光照下向外电路输出光电流或光电压，在不消耗任何材料的前提下将光能转换为电能。太阳能电池根据所用材料的不同，可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机聚合物/小分子薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池等，其中染料敏化太阳能电池的优点和在生活中的应用尤为突出。染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种低成本、高效率、极具应用潜力的新型光伏技术。敏化染料在 DSSCs中负责收集光子、分离激子,其光谱和能级性质很大程度上决定了电池的光电转换效率，所以开发高性能染料是研究 DSSCs的一个重要方向。1991 年 Gratzel 报道了联吡啶钌染料敏化太阳能电池，其光电转化效率达到 7%左右[1]，为了获取更高的光电转换效率，研究者们设计出了给体-共轭桥-受体(D-π-A)的分子模型，这种“推拉式”模型可以灵活调整 HOMO和 LUMO 的能级源]自[751^`论\文"网·www.751com.cn/ ，有利于电荷转移和电子的有效注入。近年来，人们对经典的 D–π–A 型纯有机敏化染料的结构加以改进，在共轭桥连中引入吸电子性苯并杂环作为额外受体，提出以 D–A–π–A新模型构建新型纯有机敏化染料，提高染料电子注入效率。朱为宏等已经实验出 WS-24 在528nm处具有很强的吸收峰，光电转化效率达到了6.21%[2]。综合考虑吲哚啉染料的光、热稳定性及光谱响应区间， 在 WS-24 的基础上， 改变中间受体苯并噁二唑[3]， 设计了 L1(苯并呋喃)、L2(DPP)[4]、L3(吡氰并噻吩)[4]三个 D–A–π–A化合物
本文利用快速、有效、可靠等优点的量子力学计算方法，通过密度泛函理论方法计算电子光谱与实验对比，预测了设计的未知体系电子光谱，分析了结构与光谱红移的关系，旨在快速有效地分析不同中间受体对转化效率的影响，为实验合成高效染料敏化太阳能电池提供重要参考和理论依据。