染料敏化太陽能電池中敏化劑構(gòu)效關(guān)系的理論探索與分子設(shè)計.pdf

1、在染料敏化太陽能電池（dye-sensitized solar cell, DSSC）的研究中，敏化劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計對于電池的性能至關(guān)重要.論文針對課題組前期合成的多個系列卟啉分子的差異明顯的光電轉(zhuǎn)換效率，采取理論化學(xué)的方法包括密度泛函理論（DFT）、含時密度泛函理論（TDDFT）以及波函數(shù)分析方法探索了敏化劑分子結(jié)構(gòu)對DSSC效率的影響因素。
　　使用密度泛函理論計算了四苯基β位環(huán)合卟啉3-1~3-4分子的幾何結(jié)構(gòu),對照其光電轉(zhuǎn)

2、化效率,表明卟啉類敏化劑應(yīng)該具備合理的幾何結(jié)構(gòu)，應(yīng)該保證敏化劑豎直單層吸附在光陽極表面。
　　使用密度泛函理論與含時密度泛函理論計算了四苯基β位環(huán)合卟啉3-1~3-4分子和四苯基β位π橋卟啉4-1分子以及稠環(huán)類卟啉4-2分子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)電子結(jié)構(gòu)，表明激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能級差對于敏化劑的紫外可見吸收光譜有很大的影響，能級差越小，敏化劑能夠利用的太陽能輻射的范圍越廣；卟啉分子的最高占據(jù)軌道（HOMO）分布應(yīng)在供電基團上，最低未占據(jù)軌

3、道（LUMO）應(yīng)分布在π橋與錨定基團上，這種正確合理的前線軌道分布是敏化劑能夠有理想光電性能的前提條件，只有激發(fā)態(tài)敏化劑可以與二氧化鈦可以建立適當?shù)碾娮玉詈?，才可以使光生載流子順利注入二氧化鈦導(dǎo)帶從而產(chǎn)生光電流。
　　使用密度泛函理論與含時密度泛函理論計算了trans-AB卟啉5-1~5-4分子的基態(tài)偶極距和最強激發(fā)態(tài)的振子強度，對照該系列分子不同的光電轉(zhuǎn)化效率，表明卟啉敏化劑與光陽極表面垂直方向的偶極距與DSSC的開路電壓有正相

4、關(guān)關(guān)系；激發(fā)躍遷態(tài)的振子強度決定的光捕獲效率LHE與短路電流有著正相關(guān)關(guān)系。
　　在實驗分子理論研究的基礎(chǔ)上設(shè)計了一系列β位異惡唑類卟啉分子6-2~6-5，用于彌補原實驗分子的在前線軌道分布方面的缺陷，進行了基態(tài)、激發(fā)態(tài)計算以及多種波函數(shù)分析，確定了對原有缺陷的彌補效果，預(yù)測了光電效率。
　　通過對現(xiàn)有苯乙炔基卟啉和芳胺類卟啉等已知實驗分子的理論探索，建立了廣泛緊縮福井函數(shù)，用來解釋卟啉分子基團供電能力與光電性能的關(guān)系，結(jié)果