兩類新型太陽能材料的理論研究.pdf

1、隨著工業(yè)化程度的不斷提高，能源已經成為人類發(fā)展進程中一個很重要的因素，其產量也成為衡量一個國家工業(yè)和農業(yè)水平的重要依據。技術和燃料決定了一個國家的經濟富裕程度。據估算，在本世紀末下個世紀初，不可再生的常規(guī)能源石油、煤和天然氣將被消耗殆盡，因此能源危機的加劇迫使我們不得不去尋找新的替代能源，目前各國主要開發(fā)的新能源形式有三種:海洋能、核能、太陽能生物能風能等等。核能在使用過程中存在一個很大的安全隱患就是核泄漏和廢棄物造成的核輻射，部分海洋

2、能源比如潮汐能，雖然資源豐富無污染，但是其開發(fā)利用還存在著較大的難度。地球上所有生命的存在都依靠太陽，太陽能由于其來源豐富、無污染，因此在所有的新能源中，太陽能的利用開發(fā)已經發(fā)展成為其中的主力軍，在下個世紀，太陽能將成為能夠滿足我們能源需求的綠色能源的主力軍，因此對于太陽能的開發(fā)利用具有很重要的意義。在本文中，我們圍繞太陽能電池主題展開工作，并取得了一些研究成果，主要成果簡介如下:
　　 1.有機太陽能電池中富勒烯衍生物的載流子

3、傳輸
　　 以聚己基噻吩(P3HT)作為供電子材料，[6,6]-苯C61丁酸甲酯([60]PCBM)作為電子受體材料的聚合物太陽能電池被廣泛應用，是一種很有前景的太陽能電池。為了提高與P3HT的相容性，實驗上合成了一種[60]PCBM的相似物:[6，6]-噻C61丁酸甲基酯。基于一系列的量子化學計算，我們研究了ThCBM與[60]PCBM的晶體結構中的一些關于載流子傳輸?shù)男再|。首先優(yōu)化了幾種富勒烯衍生物的分子結構，在優(yōu)化的基礎上

4、計算它們的重組能、晶體結構中的傳輸積分、能帶和紫外可見吸收光譜。結合Marcus半經驗公式估算了ThCBM的電子和空穴的載流子遷移率，ThCBM在α方向上的載流子遷移率的計算值是1.16cm2V-1s-1，這個計算結果與實驗值(2±0.5cm2V-1s-1)很接近，從而證明了我們采用的計算模型是可信的。[60]PCBM的空穴和電子的載流子遷移率的計算值分別是0.18cm2V-1s-1和1.49cm2V-1s-1，對于ThCBM與[60]

5、PCBM晶體結構中的所有傳輸路徑進行了研究分析，結果顯示ThCBM也是一種很有潛力的受體材料。
　　 2.太陽能染料敏化電池中鋅卟啉染料敏化劑的研究
　　 自從1991年Gr(a)tzel和他的課題組提出染料敏化電池的概念后，實驗上合成了許多染料敏化劑用于制造染料敏化太陽能電池，這些染料敏化劑的分子結構一般都是有供電子和吸電子的單元組合而成的。為了得到較高效率的染料敏化電池，設計出具有較高的光吸收效率以及能夠使得電子在染

6、料敏化劑以及TiO2電極之間較容易的轉移的燃料敏化劑時至關重要的。最近，有文章指出，在實驗上已經合成了像釕化合物那樣具有有效的光電性質的卟啉類染料敏化劑，但是這些染料敏化劑最不理想的一點就是容易在溶劑中發(fā)生分子間的聚集，從而降低了材料的效率。為了解決這個問題，最近實驗上合成了一系列的在卟啉環(huán)上加上較長烷氧基取代的苯基，烷氧基鏈的增長有效的降低了敏化劑分子在溶劑中的聚集?；谶@些實驗結果，我們選取較為典型的幾種鋅卟啉化合物，對于分子結構以