有機(jī)太陽(yáng)能電池材料的理論研究及相關(guān)設(shè)計(jì).pdf

1、本文主要使用密度泛函理論(Density Functional Theory)及含時(shí)密度泛函理論（Time-dependent Density Functional Theory）研究了一系列有機(jī)化合物的光電屬性，并通過(guò)對(duì)其單體和低聚物的計(jì)算以及堆積結(jié)構(gòu)的理論研究，設(shè)計(jì)了新的化合物，并將這些化合物作為有機(jī)太陽(yáng)能電池供體材料、受體材料以及化合物中某些結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的影響進(jìn)行了討論。
　　第一節(jié)簡(jiǎn)要介紹了有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究現(xiàn)狀及其工

2、作原理，同時(shí)也對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池中的電子供受體單元，以及有機(jī)太陽(yáng)能電池的性能要求進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。另外，在本節(jié)對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展趨勢(shì)和前景進(jìn)行了展望，指出了本文所做工作的意義。
　　第二節(jié)詳細(xì)介紹了本文所使用的理論計(jì)算方法——密度泛函理論和含時(shí)密度泛函理論(DFT and TD-DFT)。同時(shí)，還介紹了幾種重要的理論分析方法，例如自然成鍵軌道(Natural Bond Orbital)分析，自然躍遷軌道(Natural Trans

3、ition Orbital)分析等。
　　第三節(jié)介紹了運(yùn)用DFT及TD-DFT理論，在B3LYP/6-31G(d)理論水平下對(duì)已設(shè)計(jì)合成并性能優(yōu)良的有機(jī)太陽(yáng)能電池供體材料Poly[[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine-4,7-diyl(4,4-didodecyl-4H-cyclopenta[2,1-b∶3,4-b']dithiophene-2，6-diyl)](PT-CDT)的光學(xué)、電學(xué)以及電荷傳輸屬

4、性進(jìn)行了表征與分析，并且基于PT-CDT，將氰基引入，設(shè)計(jì)了一種新的化合物PCNT-CDT，并對(duì)它們的單體、二聚體、三聚體的光學(xué)、電學(xué)、光伏性質(zhì)以及電荷傳輸性質(zhì)進(jìn)行了表征與分析。研究結(jié)果表明，相比于PT-CDT，新設(shè)計(jì)的材料PCNT-CDT具有更低HOMO能級(jí)以產(chǎn)生更高的開(kāi)路電壓，同時(shí)也具有更小的空穴和電荷重組能。另外，PCNT-CDT具有更優(yōu)于PT-CDT的吸收屬性及電子傳輸性能。因此，新設(shè)計(jì)的材料PCNT-CDT具有成為有機(jī)太陽(yáng)能電

5、池供體材料的可行性。
　　第四節(jié)介紹了基于DFT及TD-DFT理論，在PBE0/6-31G(d)方法、基組下，對(duì)已設(shè)計(jì)并合成出的2，1，3-benzothiadiazole-4，7-diyl(4，9-dihydro-4，4，9，9-tetraoctylthieno[2',3'∶4,5] silolo[3,2-b]thieno[2",3":4',5']silolo[2',3'∶4,5]thieno[2,3-d]thiophene-2

6、，7-diyl) D1進(jìn)行了光學(xué)、電學(xué)以及傳輸性能的分析和表征?；谠摻Y(jié)構(gòu)，引入吡啶和并環(huán)設(shè)計(jì)了3種新的分子:pyridine based dimer[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine-4,7-diyl(4,9-dihydro-4,4,9,9-tetraoctylthieno[2'，3'∶4,5]silolo[3,2-b]thieno[2"，3":4',5']silolo[2'，3'∶4,5]thieno

7、[2,3-d]thiophene-2,7-diyl) D2,fused cyclic based naphtho[1,2-c∶5,6-c]bis[1,2,5]thiadiazole-4,7-diyl(4,9-dihydro-4,4,9,9-tetraoctylthieno[2',3'∶4,5]silolo[3,2-b]thieno[2",3"∶4'，5']silolo[2',3'∶4,5]thieno[2,3-d]thiophene-2

8、,7-diyl) D3和bis[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c∶3',4'-h][1,5]naphthyridine-4,7-diyl(4,9-dihydro-4,4,9,9-tetraoctylthieno[2',3'∶4,5] silolo[3,2-b]thieno[2",3"∶4',5']silolo[2'，3'∶4，5]thieno[2，3-d]thiophene-2，7-diyl) D4，并對(duì)它們的光學(xué)、電學(xué)、

9、光伏性質(zhì)以及電荷傳輸性質(zhì)進(jìn)行了分析和比較，同時(shí)根據(jù)引入吡啶和并環(huán)的分子在性能上顯示的差異，總結(jié)了引入吡啶和并環(huán)對(duì)太陽(yáng)能電池供體材料的產(chǎn)生影響的規(guī)律。
　　第五節(jié)介紹了在HSEH1PBE/6-311++G**方法和基組水平下，利用DFT和TD-DFT理論，對(duì)6，6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PC61BM)的能級(jí)、光譜進(jìn)行了表征，并且與供體分子P3HT結(jié)合，對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行了分析?；赑