基于苯并二噻吩和苯并噻二唑的D-A型共聚物第一性原理研究.pdf

1、本體異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池是當(dāng)前研究的重點，D-A型共聚物作為電池的電子給體材料近年來引起廣泛關(guān)注。要進一步提高有機光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率，D-A型共聚物活性層材料的設(shè)計和優(yōu)化是關(guān)鍵的一步。本論文以苯并二噻吩(BDT)為電子給體單元，苯并噻二唑(BT)類為電子受體單元作為D-A共聚體；用噻吩環(huán)作為π橋，構(gòu)造出D-π-A(PBDT-DTBX，X=O、S、Se、Te)結(jié)構(gòu)。采用第一性原理密度泛函理論，系統(tǒng)地計算相應(yīng)的電子結(jié)構(gòu)和光吸收譜。并比較

2、不同氧族元素及氮N原子在受體單元中的替換對聚合物光吸收譜的影響。
　?。?）借助于計算軟件VASP，對BDT的三種同分異構(gòu)體進行模擬計算，其結(jié)果與實驗值一致。即，能隙計算值為2.38eV、2.46eV、2.42eV，相應(yīng)實驗值為2.17eV、2.49eV、2.26eV。說明選擇的計算方法是可行的。然后選擇其中帶隙較小的結(jié)構(gòu)作為給體單元與不同的受體單元結(jié)合來進行活性層材料的構(gòu)建和結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。
　?。?）在D-A共聚體受體X位

3、進行元素替換，計算表明，當(dāng)以O(shè)、S、Se、Te替換時，其體系的HOMO能級變化不大，LUMO能級逐漸靠近費米能級，帶隙逐漸減小。在可見光區(qū)有兩個較強的吸收峰，隨著X位元素原子序數(shù)增大，位于4.0eV左右的光吸收峰位基本不變，另一光吸收峰強度明顯增大并發(fā)生紅移。
　?。?）本論文選擇噻吩環(huán)作為π-鍵橋。計算表明，與D-A結(jié)構(gòu)相比，D-π-A結(jié)構(gòu)的帶隙均有所減小，證明π-鍵橋可以增大聚合物結(jié)構(gòu)的共軛性，減小空間位阻和拓寬吸收光譜。其中

4、X為Te時帶隙最小，光吸收峰強度隨著氧族元素原子序數(shù)的增大也明顯增大并發(fā)生紅移。
　　（4）為了進一步分析結(jié)構(gòu)與吸收譜的關(guān)系，本論文分別計算了D-A聚合物和PBDT、PBT的吸收譜以及PBDT的態(tài)密度，結(jié)果表明，4.0eV左右的光吸收峰主要是BDT單元的貢獻，氧族元素的改變主要影響519.4-703.9nm范圍的光吸收。
　?。?）第四章模擬了受體上C原子被N原子替換后對材料性質(zhì)的影響，計算結(jié)果表明，N原子的替換可以減小聚合