纳米晶太阳能电池纯有机染料的理论研究

【摘要】：随着煤、石油和天然气等能源的日益枯竭，全球各国家迫切需要寻找新的能源。占地球总能量99%以上的太阳能是没有污染的一种清洁能源。太阳能转换的形式多种多样，但核心的一点都是通过光敏材料将太阳能转化为化学能和电能。自20年前发明了染料敏化太阳能电池(DSSCS)以来，全球的研究人员一直在努力寻找性能优良的光敏剂染料用于DSSCS，以期改善DSSCS的光电转换性能，提高光电能量转换效率。为了降低DSSCS的成本，最近些年众多研究者们开始关注使用非金属有机光敏剂染料来代替贵金属配合物。 由于有机分子结构的多样性，通过分子修饰有可能调整分子的电化学和光物理特性，使之适合于敏化DSSCS。在尝试合成新型有机染料分子前，如果能够在理论上通过对分子进行修饰并预言其性能而设计新分子，将是非常快捷和经济的方法。本文通过对目前合成的几类有机染料分子的DFT/TDDFT量子化学分析计算，并与实验结果进行对比，寻找影响DSSCS光电性能和光电能量转换效率的光敏剂分子的关键指标，系统地考察了纯有机染料结构与电池性能之间的构效关系，为进一步设计更优的光敏染料结构奠定了一定的基础。 【关键词】：染料敏化太阳能电池 密度泛函 HOMO能级 吸收光谱 光敏染料
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 课题的背景8
• 1.2 太阳能电池的种类8-10
• 1.2.1 硅材料太阳能电池9-10
• 1.2.2 化合物半导体太阳能电池10
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池10
• 1.3 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理10-12
• 1.4 染料敏化剂的基本要求及种类12-13
• 1.4.1 染料敏化剂的基本要求12-13
• 1.4.2 染料敏化剂的种类13
• 1.5 光敏染料的量化分析的理论基础13-14
• 1.5.1 光敏染料的量化分析的必要性13-14
• 1.5.2 密度泛函理论14
• 1.6 本科研究领域国内外的研究动态及发展趋势14-17
• 1.7 课题的研究内容及目标17
• 1.8 课题的创新点17-18
• 1.9 本章小结18-19
• 2 三苯胺类染料敏化剂的理论研究19-45
• 2.1 电子给体效应19-25
• 2.1.1 含不同电子给体的三苯胺类染料19-20
• 2.1.2 计算方法20
• 2.1.3 结果与讨论20-25
• 2.2 共轭桥效应25-38
• 2.2.1 共轭桥中噻吩环长度效应25-31
• 2.2.2 环上取代基效应31-38
• 2.3 电子受体（吸附基团）数目效应38-44
• 2.3.1 含不同电子受体的三苯胺类染料38
• 2.3.2 计算方法38-39
• 2.3.3 结果与讨论39-44
• 2.4 本章小结44-45
• 3 半花菁染料敏化剂的理论研究45-52
• 3.1 半花菁染料和采用的计算方法45-46
• 3.1.1 半花菁染料45-46
• 3.1.2 计算方法46
• 3.2 结果与讨论46-51
• 3.2.1 几何结构46-48
• 3.2.2 电子结构48-49
• 3.2.3 吸收光谱49-50
• 3.2.4 能级与电子注入驱动力50-51
• 3.3 本章小结51-52
• 4 方酸类染料敏化剂的理论研究52-59
• 4.1 方酸类染料和采用的计算方法52-53
• 4.1.1 方酸类染料52
• 4.1.2 计算方法52-53
• 4.2 结果与讨论53-58
• 4.2.1 几何结构53-54
• 4.2.2 电子结构54-57
• 4.2.3 吸收光谱57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 5 四氢喹啉类染料敏化剂的理论研究59-68
• 5.1 四氢喹啉类敏化剂染料59
• 5.2 计算方法59-60
• 5.3 结果与讨论60-66
• 5.3.1 几何结构60-62
• 5.3.2 电子结构62-64
• 5.3.3 吸收光谱64-66
• 5.4 本章小结66-68
• 6 总结与展望68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-76
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况76

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