基于POSS(T8)橋聯的單分子有機太陽能電池研究.pdf

1、傳統(tǒng)硅太陽能電池生產能耗較高且伴有污染問題，而有機太陽能電池（organic photovoltaic cells）與傳統(tǒng)硅基太陽能電池相比，其可利用現代有機化工大規(guī)模生產，柔軟、輕薄和具有生產成本低等優(yōu)點。本文借助量子化學理論模擬方法探索基于官能化多面體齊聚倍半硅氧烷（POSS）為橋聯的單分子有機太陽能電池的光電轉換過程、激發(fā)子分離過程、電子傳輸速率和載流子易復合等前沿挑戰(zhàn)性問題，為研究制備具有清潔環(huán)保性、性能穩(wěn)定的新型有機太陽能電池

2、提供理論基礎。
　　本研究主要內容包括：⑴研究POSS的T4、T6、T8、T10、T12D2d、T12D6h等6種構型，通過利用B3LYP/6-31g*和WB97XD/6-31g*方法計算其分子軌道和勢壘。從勢壘大小分析，只有T8的勢壘深度最小，且具有較高的HOMO能級和較低的LUMO能級。從結構的穩(wěn)定性分析，T8是立方體結構，具有較高的對稱性和穩(wěn)定性。通過對比分析，我們選擇T8作為有機太陽能電池的的橋聯結構。⑵研究無POSS（T

3、8）和基于T8的兩類Dimmer構型，主要是以subPC為給體材料，C70為受體材料。我們建立了subPC-C70-U和subPC-C70-B兩種構型。首先利用 B3LYP+GD3/6-31g*方法在真空模型和溶劑（PCM）模型中進行結構優(yōu)化，在此構型的基礎上利用不同長程矯正泛函種方法，計算了分子軌道、開路電壓、電子躍遷激發(fā)態(tài)、吸收激發(fā)態(tài)（吸收光譜）。⑶通過在PCM模型分析，我們發(fā)現subPC-C70-U的電子激發(fā)態(tài)具有較低的吸收激發(fā)能

4、為2.49eV和較低的電子躍遷激發(fā)能為2.45eV，其開路電壓為1.52V和實驗值最接近實驗值0.92~1.08V。從吸收光譜上分析知，具有更強的吸收峰和更為寬的吸收光譜范圍，subPC-T8-C70-U構型在第2吸收激發(fā)態(tài)時其吸收激發(fā)能為2.43eV是最低，在第10躍遷激發(fā)態(tài)能量為2.70eV為最低。在開路電壓上，PCM模型中的開路電壓為1.65V，其開路電壓和實驗值最為接近。在吸收光譜上，其吸收峰增強、吸收光譜主要分布在藍光、綠光、

5、靛青光譜等光譜范圍。因此在建立的4種構型中，subPC-C70-U和subPC-T8-C70-U構型更適合作為單分子有機太陽能電池構型。⑷通過上述分析知，subPC-T8-C70-U構型和subPC-C70-U構型，在開路電壓上subPC-T8-C70-U構型增加了0.13V，這有利于PCE的提高。在吸收光譜上拓寬到綠光光譜范圍，這有利于能吸收更多光譜范圍的光子，增加了光波利用范圍。在吸收激發(fā)態(tài)和電子躍遷激發(fā)態(tài)上具有相對較低的能量，這有